悬臂梁的有限元分析Word格式文档下载.docx
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勘查111
学号:
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2014年11月8日
1.问题概述。
悬臂梁为矩形截面的钢梁,长10m宽1m、高2m,不计梁的自重,弹性模量为220GPa,泊松比为0.2,在悬臂端作用一集中荷载P=1200kN。
试分析该悬臂梁的内力和变形情况。
2.启动ANSYS程序。
(1)在【开始】菜单中依次选取【所有程序】/【ANSYS8.0】/【ConfigureANSYSProducts】选项,打开【ANSYS8.0Launcher】对话框。
(2)选中【FileManagement】选项卡,输入目录名:
“D:
\ANSYSFX\zhang1\Exam01\ANSYSjs”,输入项目名:
“Z101Beam”。
(3)单击
按钮运行程序,进入ANSYS使用界面。
3.定义材料、实常数和单元类型。
(1)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】
(前处理)/【ElementType】/【Add/Edit/Delete】选项,打开单元类型对话框。
单击
按钮,打开单元类型库对话框,在右侧两个列表框中分别选取【Beam】选项和【2Delastic3】选项(简称为Beam3单元,以后叙述中记为【Beam】-【2Delastic3】单元,类似的情况记法相同),如图1-16所示。
按钮,再单击【ElementType】对话框中的
按钮。
图1-16【LibraryofElementTypes】对话框
(2)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】/【RealConstants】/【Add/Edit/Delete】选项,打开实常数对话框,如图1-17所示。
按钮,打开Beam3实常数对话框,按照提示输入相应的面积、惯性矩和梁高参数,如图1-18所示。
按钮,单击【RealConstants】对话框中的
图1-17【RealConstants】对话框
图1-18Beam3实常数对话框
(3)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】/【MaterialProps】/【MaterialModels】选项,打开定义材料本构模型对话框,如图1-19所示。
在【MaterialModelsAvailable】分组框中依次选取【Structural】/【Linear】/【Elastic】/【Isotropic】选项,弹出线弹性材料模型对话框,如图1-20所示,按照提示输入弹性模量和泊松比。
按钮,再关闭定义材料本构模
型对话框即可。
图1-19定义材料本构模型对话框
图1-20线弹性材料模型对话框
4.建立几何模型。
(1)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Keypoints】/【InActiveCS】选项,弹出在当前坐标系中创建关键点对话框,如图1-21所示。
按照提示输入关键点号和相应的坐标,如KP1(0,0,0)、KP2(10,0,0),单击
图1-21在当前坐标系中创建关键点对话框
(2)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Lines】/【Lines】/【StraightLine】选项,弹出【创建直线】对话框。
按照提示用鼠标在图形区域依次选取要创建直线的两个关键点(KP1和KP2),然后单击
5.划分网格。
(1)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】/【Meshing】/【SizeControls】/【ManualSize】/【Lines】/【AllLines】选项,弹出单元尺寸对话框,如图1-22所示。
在单元边长文本框中输入:
“1”,表示每1m划分为一个单元,然后单击
图1-22单元尺寸对话框
(2)依次选取【Meshing】/【Mesh】/【Lines】选项,弹出【划分单元】对话框,用鼠标在图形区域里选择要划分单元的线,然后单击
按钮,划分好的单元图如图1-23所示。
图1-23单元网格图
6.加载与求解。
(1)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Solution】/【DefineLoads】/【Apply】/【Structural】/【Displacement】/【onNodes】选项,弹出在节点上应用位移图形选取对话框,用鼠标选取Node1(直线左端第一个节点),单击
按钮,打开在节点上应用位移对话框,如图1-24所示。
选取【AllDOF】
(所有自由度)选项,并在【位移值】文本框中输入:
“0”,表示固定端,单击
(2)依次选取【Structural】/【Force/Moment】/【onNodes】选项,弹出在节点上加力和力矩图形选取对话框,用鼠标选取Node10(直线右端点,表示悬臂端),单击
按钮,打开在节点上加力和力矩对话框,如图1-25所示。
选取【Fy】选项并在力和力矩值文本框中输入:
“-1200000”,表示y方向作用一向下的力,单击
加上荷载和位移边界条件后的几何模型如图1-26所示。
图1-24在节点上应用位移对话框
图1-25在节点上加力和力矩对话框
图1-26带荷载和边界条件的有限元模型
(3)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Solution】/【Solve】/【CurrentLS】选项,弹出求解选项文本信息和当前求解步对话框,分别如图1-27和图1-28所示。
按钮开始求解,直到出现求解完成对话框,如图1-29所示,最后单击
图1-27求解选项文本信息
图1-28当前求解步对话框
图1-29求解完成对话框
7.查看结果。
(1)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【GeneralPostproc】/【PlotResults】/【DeformedShape】选项,弹出画变形图对话框,如图1-30所示,选中【Def+undeformed】单选按钮,单击
按钮,在图形区域显示结构变形图,如图1-31所示。
图中最大位移发生在悬臂端,为2.683mm。
图1-30画变形图对话框
图1-31结构变形图(单位:
m)
(2)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【GeneralPostproc】/【ElementTable】/【DefineTable】选项,弹出单元表数据对话框。
按钮,弹出定义单元数据项对话框。
在列表框中选取相应的选项,并在右下侧的文本框输入数据:
“6”,然后单击
按钮,如图1-32所示。
重复上述操作并依次输入数据:
“12”、“1”、“7”、“2”和“8”,然后单击
最后生成的单元表数据对话框如图1-33所示。
图1-32定义单元数据项对话框
图1-33单元表数据对话框
(3)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【General
Postproc】/【PlotResults】/【ContourPlot】/【LineElem
Res】菜单,弹出画单元结果对话框,如图1-34所示。
依次在【LabI】和【LabJ】两个下拉列表框中选取【SMIS6】和【SMIS12】选项,然后单击
按钮,最后生成如图1-35所示的弯矩图;
再分别选取【SMIS1】和【SMIS7】选项、【SMIS2】和【SMIS8】选项,每选取一组数据后单击一次
按钮,最后生成的轴力图如图1-36所示,剪力图如图1-37所示。
图1-34画单元结果对话框
图1-35结构的弯矩图
图1-36结构的轴力图
图1-37结构的剪力图
提示:
在【LabI】和【LabJ】下拉列表中选取【SMIS6】和【SMIS12】选项时表示要画弯矩图,选取【SMIS1】和【SMIS7】选项时表示画轴力图,选取【SMIS2】和【SMIS8】选项时表示画剪力图。
(4)由内力图可以看出,该悬臂梁不受轴向力的作用,剪力随长度方向是均布的,为1200kN,而弯矩随长度方向成三角形分布、在固定端最大为1.2×
107N·
m、在悬臂端达到最小值,为“0”。
(5)单击工具栏上的
按钮,弹出退出对话框,选取存储所有单选按钮,单击
按钮退出程序运行。