梁结构应力分布ANSYS分析Word下载.docx
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首先是建立梁结构模型，然后进行网格划分，接着进行约束和加载，最后计算得出结论，输出各种图像供设计时参考。
通过本论文，我们对有限元法在现代工程结构设计中的作用、使用方法有个初步的认识。
关键词：
梁结构；
应力状态；
有限元分析；
梁结构模型。
BeamstructurestressdistributionofANSYSanalysis
（Dingrui,S1403062,Jiangsuuniversity）
Abstract:
Thisarticleistypicallyintroducedhowtousethefiniteelementanalysistooltoanalyzethestressofbeamstructureunderstaticstatedistribution.Wefollowthebeamstructurefiniteelementanalysismethod,establishedthefiniteelementanalysisofacompleteprocess.Isgoodbeamstructuremodelisestablishedfirst,andthentocarryonthegrid,thenforconstraintandload,calculatedthefinalconclusion,theoutputofimagesfordesignreference.Inthisarticle,wehavetheroleofthefiniteelementmethodinmodernengineeringstructuraldesign,usemethodhasapreliminaryunderstanding.
Keywords:
beamstructure;
Stressstate;
Thefiniteelementanalysis;
Beamstructuremodel.
1引言
在现代机械工程设计中，梁是运用得比较多的一种结构。
梁结构简单，当是受到复杂外力、力矩作用时，可以手动计算应力情况。
手动计算虽然方法简单，但计算量大，不容易保证准确性。
相比而言，有限元分析方法借助计算机，计算精度高，且能保证准确性。
另外，有限元法分析梁结构时，建模简单，施加应力和约束也相对容易，能分析梁结构应力状况的具体分布、最大变形量以及中性面位置，优势明显。
以下介绍一种常见梁的受力状况，并采用有限元法进行静力分析，得出了与手动计算基本吻合的结论。
以下为此次分析对象。
梁的截面形状为梯形截面，各个截面尺寸相同。
两端受弯矩沿中性面发生弯曲，如图2-1所示。
试利用ANSYS软件对此梯形截面梁进行静力学分析，以获得沿梁AA截面的应力分布情况。
D
B
D,B
5°
2#面
1#面
C
A
C,A
2有限元模型的建立
2.1建立模型
首先进入ANSYS中，采用自下而上的建模方式，创建梁结构有限元分析模型，同时定义模型的材料单元为Brick8-node45，弹性模量为200e9，泊松比为0.3。
由于分析不需要定义实常数，因此可忽略提示，关闭RealConstants菜单。
建立的切片模型如下：
2.2网格划分
显示边线，关闭背景。
通过Meshtool工具对建立好的模型进行网格划分。
首先设定网格划分参数，分别设置不同线条的网格划分参数后，采用六面体单元划分模型网格。
在MeshTool菜单的Shape栏选择Hex选项。
在MeshTool下拉列表框中确保选中Volumes，保证实体通过体单元划分。
单击Mesh按钮后，单击拾取对话框中PickAll按钮。
划分网格后的图形1所示：
图1划分网格
2.3施加约束
对照实际受力情况，对1#面和2#面定义载荷和约束。
首先定义1#面上关键点A的约束，其次定义1#面的面约束，接着定义1#面上AB线的约束。
对于2#面，采取的定义约束的方法则有所不同。
由于v方向边界条件为空间函数，因此需要通过定义函数来定义约束。
首先编辑函数，然后加载函数，最后在2＃面上定义函数边界。
最后定义CD线上的约束。
2.4施加载荷并求解
进入求解器，检查输入无误后，进行以下操作求解。
GUI:
MainMenu>
Solution>
Solve>
CurrentLS
2.5查看分析结果
（1）查看等效应力
首先显示等效应力等值线图，如图2所示,从右视图上得知，最大等效应力为147MPa，出现在对称线的底部。
图2等效应力等值线图
（2）查看环向应力
在ANSYS中，σθ表示柱坐标中的SY应力，所以要显示σθ，需要将当前坐标系转换到柱坐标。
首先设置结果文件输出参数，以整体柱坐标系输出分析结果，
然后在左侧列表中选择Stress，在右侧列表中选择Y-directionSY，单击OK按钮，得到环向应力等值线图，如图3所示。
图3环向应力等值线图
（3）查看中性轴
中性轴的位置就是σθ值为零的位置，通过查看梁的中性轴可以简单判断分析结果是否合理。
为了单独显示中性轴，首先调整一下显示色彩，操作如下：
GUI:
UtilityMenu>
PlotCtrls>
Style>
Contours>
UniformContours
上述设置使应力为负和应力为正的区域以不同的色彩显示，即在0<
σθ<
200MPa区域显示红色，在-200MPa<
0区域显示蓝色，这两种颜色的相交处为中性轴，如图4所示。
有限元分析结果显示中性轴是弯曲的，这与《材料力学》中关于中性轴的假定相矛盾，考虑到经典理论与工程实际的差别，结果可以接受。
图4梁的中性轴
（5）查看径向应力
柱坐标系中径向应力就是SX应力。
首先显示径向应力分析结果，操作如下：
MainMenu>
GeneralPostproc>
Plotresults>
NodalSolu
在左侧列表中选择Stress，在右侧列表中选择X-directionSX，然后单击OK按钮。
为了显示方便，将颜色设置恢复原样，操作如下：
在Numberofcontours文本框中输入9，在ContourIntervals选项组中选择Autocalculated,单击OK按钮，即可得到径向应力等值线图，如图6所示，从中可发现整个截面上的径向应力均为拉应力。
图6径向应力等值线图
（6）查看变形后图形
显示变形后图形的操作如下：
GeneralPostproc>
PlotResults>
DeformedShape>
Def+undeformed
此时在图形窗口中显示出变形前后图形，如图7所示，从图中可知，最大位移DMX=0.2240e-4m。
图7变形前后图形
2.6验证分析结果
首先验证约束是否合理，是否满足约束。
这部分已经在后处理部分得到验证。
下面验证反作用力是否合理。
首先列出反作用力，操作如下：
ListResults>
ReactionSolu
在Itemtobelisted（被显示项目）列表中选择AllstrucforcF（所有结构反作用力），然后单击OK按钮。
由于模型没有直接承受外力，所以平衡方程中合力应该为零。
径向力（FX）大小为4.6N，接近零。
通过更加精确地选择rc可以将径向力变得更小。
周向合力FY和轴向合力FZ也非常小，但不为零，具体原因是FX不为零，因此结构平衡方程是一个近似值。
3结论
（1）建模：
熟悉了基本的建模操作，掌握了布尔减操作；
掌握了如何通过SpaceRatio控制网格细化参数；
掌握了工作坐标系的转换方法，能够根据需要转动或者平移工作平面，了解节点坐标系的含义及其与整体坐标系的关系。
（2）施加载荷和求解：
掌握了通过函数定义模型边界条件的方法，能够根据不规则边界定义相应的函数。
（3）查看分析结果：
掌握了显示变形图形和应力等值线图的操作，了解不同坐标系下同一个参量的不同表达方式，如在柱坐标中FY对应的是环向应力σθ，而在笛卡儿坐标系中则是σy；
能够通过动画显示参数的变化过程；
掌握静力分析问题基本的验证技巧，知道如何通过已知的数据及常识进行简单的判断。
（4）结论
梁结构受静力时的应力有限元分析，不仅基本符合人工计算得到的数据，而且在精度方面有一定优势。
计算速度快，数据全面，可以有效的缩短设计周期。
不失为一种现代的设计分析方法。
4参考文献:
[1]王新荣，陈永波.《有限元法基础及ANSYS应用》.科学出版社.
[2]康红梅.《ANSYS实验2：
梁结构静力有限元分析》.
[3]黄世伟.《基于ANSYS的垂直垃圾压缩机有限元分析》.
[4]吕建国，胡仁喜.《ANSYS14.0有限元分析入门与提高》.化学工业出版社
[5]曾攀.《有限元分析基础教程》.清华大学出版社
[6]曾攀.《有限元分析及应用》.清华大学出版社
古今名言
敏而好学，不耻下问——孔子
业精于勤，荒于嬉；
行成于思，毁于随——韩愈
兴于《诗》，立于礼，成于乐——孔子
己所不欲，勿施于人——孔子
读书破万卷，下笔如有神——杜甫
读书有三到，谓心到，眼到，口到——朱熹
立身以立学为先，立学以读书为本——欧阳修
读万卷书，行万里路——刘彝
黑发不知勤学早，白首方悔读书迟——颜真卿
书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲——于谦
书犹药也，善读之可以医愚——刘向
莫等闲，白了少年头，空悲切——岳飞
发奋识遍天下字，立志读尽人间书——苏轼
鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书——李苦禅
立志宜思真品格，读书须尽苦功夫——阮元
非淡泊无以明志，非宁静无以致远——诸葛亮
熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟——孙洙《唐诗三百首序》
书到用时方恨少，事非经过不知难——陆游
问渠那得清如许，为有源头活水来——朱熹
旧书不厌百回读，熟读精思子自知——苏轼
书痴者文必工，艺痴者技必良——蒲松龄
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