悬臂梁的有限元分析.docx

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悬臂梁的有限元分析

工程地质数值模拟

成绩考核

——昆明理工大学本科生课程

*****

学院：

国土资源工程学院

科系：

地科系

专业：

勘查111

学号：

************

2014年11月8日

悬臂梁的有限元分析

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。

单击

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。

单击

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。

单击

按钮，单击【RealConstants】对话框中的

按钮。

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。

单击

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

按钮。

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

按钮。

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

按钮。

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

按钮。

（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

按钮。

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。

单击

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

按钮。

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。

单击

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

按钮。

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。