工程力学课程设计.docx

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工程力学课程设计

《工程力学课程设计》

课程报告

任课教师：

余慧杰

学生姓名：

阮承峰

学号:

1214410311

时间：

2014-7-10

目录

一、问题描述与分析-------------------------------------------------------1

二、ANSYS具体操作过程与方法--------------------------------------1

1、确定作业名称和标题---------------------------------------------------------1

2、定义单元类型及输入实常量-----------------------------------------------1

3、定义材料属性-----------------------------------------------------------------3

4、创建单元模型及网格划分--------------------------------------------------3

5、限制边界条件-----------------------------------------------------------------5

6、加载荷--------------------------------------------------------------------------5

7、求解-----------------------------------------------------------------------------6

三、有限元分析结果------------------------------------------------------6

1、查看变形图--------------------------------------------------------------------6

2、应力等值线--------------------------------------------------------------------6

3、支反力列表--------------------------------------------------------------------7

四、小结---------------------------------------------------------------------7

五、课程体会---------------------------------------------------------------8

一、问题描述与分析

平面桁架各杆材料的E相同，均为2.0E10Pa，泊松比为0.28。

横截面积形同：

CA、AB、BF三杆横截面积为3000mm2；其余各杆均为1500mm2。

a=6m，F=130KN。

试分析加载点的位移和整个结构的变形。

由图可知，该问题属于一般的杆架问题，因此可以把有限元模型定为杆。

解决这类杆架问题，要确定杆的实常量和材料属性。

二、NSYS的具体操作过程与方法

1.确定作业名称和标题

改变GUI路径:

在UtilityMenu应用菜单上找到File菜单，单击File，在其下拉菜单上找到ChangeJobaname选项，出现对应的对话框，在“EnterNewJobname”文本框中输入新的作业名称“gnajia”，然后单击“OK”即可。

如图1所示：

图1

接下来是改变标题，具体步骤：

UtilityMenu>File>ChangeTile.在出现的“ChangeTile”对话框中输入“GANJIASTRESSANALYSIS”，然后再单击“OK”即可。

如图2所示：

图2

2.定义单元类型及输入实常量

由于是杆架结构，所以选用Link2DSpar模型，在该结构中共有10根杆，6个节点。

单击“Apply”逐次添加，直到第10根杆，最后单击“OK”完成。

具体路径为：

MainMenu>Preprocessor>ElementTyepe>Add/Edit/Delete…在出现的“LibraryElementTypes”对话框中的“StructualMass”列表框中单击“Link”，然后再在右边列表框中单击“2Dspar”即可，如图3所示：

图3

接下来是实常量的输入，这里介绍第一根杆的具体操作步骤，其余各杆属性的输入方法相同。

具体操作路径：

MainMenu>Preprocessor>RealConstant…>这时出现“RealConstants”对话框，单击“Add”命令，出现“ElementsTypeforRealConstants”对话框，如图4。

在列表框里单击选中“Type1Link1”单击“OK”确定，出现对应于Link1的对话框，在Cross-sectionalarea对应的文本框中输入面积值1.5E-3m2，在Initialstrain对应的文本框中输入初压力0。

最后单击Apply按钮，依次完成其余各杆的面积输入，最后单击OK确定，Close关闭。

如图5所示：

图4

图5

3、定义材料属性（泊松比、弹性模量）

具体路径：

MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>Constant/Isotropic…出现IsotropicMaterialProperties对话框，如图6，在对话框中输入杆件号，这里是1，然后单击OK按钮，出现“IsotropicMaterialProperties”对话框，在Young’modulusEX对应的文本框中输入弹性模量值2.0E11Pa，在Posion’ratio（major）对应文本框中输入泊松比大小0.28，然后单击Apply按钮，依次完成其余各杆属性的输入。

如图7所示：

图6

图7

4、创建单元模型及网格划分

模型创建操作路径：

MainMenu>Preprocessor>-Modeling-/Create>Keypoints>InActiveCS…,这时会出现“CreateKeypointsinActiveCoordinateSystem”窗口，在Keypointsnumber对应的文本框中输入关键点序号，在LocationinactiveCS中对应文本框中输入x，y，z对应坐标。

本问题中共有6个关键点，它们的坐标分别是（0,0,0）（6,0,0）（12,0,0）（18,0,0）（12,6,0）（6,6,0）每输入一个点，点击Apply按钮，直到最后一个，按OK确定。

如图8：

图8

这时，Graphics窗口会出现6个关键点，如图9：

图9

接下来把点连成线，路径：

MainMenu>Processor>-Modeling-/Create>-Lines-/Lines>InActiveCoord+这时出现LinesinActiveCoord拾取窗口，用鼠标依次连接各点把点连成线，最后按Apply确定，得到的结果如图10：

图10

网格划分，这里采用智能网格划分方法，更方便快捷。

具体操作路径：

MainMenu>Preprocessor>MeshTool…在出现的MeshTool对话框中的ElemendtAttitudes的下拉列表中选中Lines，再点击SmartSize，然后单击Mesh按钮，出现网格拾取对话框，依次点击各杆，然后按Apply应用，最后按OK确定。

如图11所示：

图11

5、限制边界条件

所谓边界条件的限制，就是让节点的位移为零，操作路径：

MainMenu:

Solution>-Loads-/Apply>-Structural-/>Disceplacemen>OnNodes这时出现OnNodes拾取取对话框，在Graphics图上拾取1节点，然后单击Apply按钮，出现ApplyU,ROTonNodes对话框，在DOFStobeconstrained列表框中选中AllDOF来限制所有自由度的取值。

在Displacementvalue对应文本框中输入0，然后单击Apply按钮完成第4点和第5点的限制，最后按OK完成。

如图12：

图12

6、加载荷

操作路径：

MainMenu>-Loads-/Apply>-Structual-/Force/Moment>OnNodes这时会出现ApplyF/MonNodes对话框，用鼠标点击第3节点，再按Apply按钮出现载荷输入对话框，在Directionofforcemom中选中FY，在Force/momentvalue输入-1.3E5,最后单击OK确定，如图13：

图13

Graphic图上则显示为图14:

图14

7、求解

操作路径：

MainMenu>Solution>-Solve-/CurrentLS，单击OK确定求解，最后单击Close关闭。

三．有限元分析结果

1、查看变形图

操作路径：

MainMenu：

GeneralPostprocessor>PlotResults>DeformenedShape…在出现的对话框中，选择Def+underformed，最后单击OK确定，就出现变形图，如图15：

图15

2、应力等值线

操作步骤：

GeneralPostprocessor>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolution…单击OK确定即出现应力等值线图16：

图16

3、支反力列表

操作路径：

MainMenu：

GeneralPostprocessor>ListResults>ReactionSolution…单击OK确定即可，如图17：

图17

四、小结

ANSYS是一款功能十分强大的软件。

该软件专门用于材料的结构分析、热分析、流体分析、电流分析等。

其中结构结构分析包括确定结构的变形、应变、应力及反作用力等。

该桁架问题便属于结构分析问题。

在该问题中，确定了3个约束和1个外加载荷。

通过对应力、应变图的分析可知，结果基本符合实际。

但是变形不是特别理想，有些杆的变形显得过于夸张，并不是一条连续光滑的曲线，这主要是网格划分不恰当造成的。

这个桁架模型来源于生活中的桥梁。

通过对应力、应变图的分析，我们知道要稳固桥梁，底部的杆梁必须是高强度的，这样才能避免梁在过载下断裂。

五、课程体会

这是一门研究实际材料的学科，对于解决我们生活的问题十分有帮助。

但只可惜在短短的一个星期内，并没有掌握太多的知识。

我觉得，这门课程不仅仅考察我们对学科的掌握，也考察了我们安装软件的能力和英语应用的能力。

以后这门课程还要学习，希望能更好的掌握。