重庆大学研究生有限元大作业.docx

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重庆大学研究生有限元大作业

课程研究报告

科目：

有限元分析技术教师：

阎春平

姓名：

色学号：

2

专业：

机械工程类别：

学术

上课时间：

2015年11月至2016年1月

考生成绩：

阅卷评语：

阅卷教师（签名）

有限元分析技术作业

姓名:

色序号:

是学号:

2

一、题目描述及要求

钢结构的主梁为高160宽100厚14的方钢管，次梁为直径60厚10的圆钢管（单位为毫米），材料均为碳素结构钢Q235；该结构固定支撑点位于左右两端主梁和最中间。

主梁和次梁之间是固接。

试对在垂直于玻璃平面方向的2kPa的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷（人员与演出器械载荷）、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析。

二、题目分析

根据序号为069，换算得钢结构框架为11列13行。

由于每个格子的大小为1×1（单位米），因此框架的外边框应为11000×13000（单位毫米）。

三、具体操作及分析求解

1、准备工作

执行UtilityMenu：

File→Clear＆startnew清除当前数据库并开始新的分析，更改文件名和文件标题，如图1.1。

选择GUIfilter，执行Main Menu:

 Preferences→Structural→OK，如图1.2所示

图1.1清除当前数据库并开始新的分析

图1.2设置GUIfilter

2、选择单元类型。

执行MainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→select→BEAM188，如图2.1。

之后点击OK（回到ElementTypeswindow）→Close

图2.1选择单元

3、定义材料属性

该钢结构材料为碳素结构钢Q235，其弹性模量为210GPa，执行MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic，此处协调单位制为mmkgs，故EX设为2.1E8,PRXY设置为0.3。

如图3.1所示，选择OK并关闭对话框。

图3.1设置材料参数

4、定义梁的截面

定义主梁和次梁的截面，执行MainMenu→Preprocessor→Sections→Beam→CommonSections，弹出如下图所示截面定义对话框。

输入ID1，按照选择方钢管，W1=100，W2=160，t1=t2=t3=t4=14；输入ID2，选择圆管，Ri=20，Ro=30，分别如图4.1与图4.2所示。

图4.3为主梁截面形状。

图4.1方管参数设置图4.2圆管参数设置

图4.3主梁截面形状

5、创建实体模型

执行Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→OnWorkingPlane，输入点坐标值，点击apply，如图5.1a。

依次创建（0,0）,（11000,0），（11000,13000）,（0,13000）4个关键点，结果如图5.1b所示。

执行Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→Straightline，两两拾取点，连点成线。

如图5.2所示。

图5.1a创建关键点

图5.1b创建关键点

图5.2创建模型

执行Preprocessor→Modeling→Copy→Lines，偏移1000，行数13，列数11，分别复制行和列，则几何模型创建完毕，如图5.3所示。

图5.3创建模型

6、划分单元，生成有限元模型

执行preprocessor→meshing→sizecntrls→manualsize→lines→Allline，输入单元长度1000，如图6.1。

图6.1设定单元长度

点击OK，结果如图6.2所示。

执行preprocessor→meshing→meshtool，设置global，如图6.3所示。

按mesh，选选取所有主梁。

再执行preprocessor→meshing→meshtool，设置global，如图6.4所示设置。

按mesh，再选择所有次梁。

网格划分完毕结果如图6.5。

图6.2单元长度划分

图6.3设置主梁MeshingAttributes

图6.4设置次梁MeshingAttributes

图6.5网格划分

7、合并重复nodes

执行Preprocessor→NumberingCtrls→MergeItems→OK。

执行utilitymenu：

plot→nodes，结果如图7.1所示

图7.1合并nodes

8、定义分析类型并施加约束

执行MainMenu→Solution→AnalysisType→NewAnalysis，定义分类型为Static。

对模型施加约束，执行MainMenu→Solution→Apply→Structural→Displacement→OnNodes，选取6个点，1，26，15，44，20，2，约束选为ALLDOF。

执行MainMenu→Solution→Apply→Structural→Force/Moment→OnNodes，依次对4个角上的结点（1，26，2，15），边缘结点（39~48，27~38，16~25，3~14）以及中间的结点（剩余所有结点）施加FZ载荷，注意到力的单位是kgmm/s2，值分别为-500000、-1000000、-2000000。

结果如图8.1a，8.2b所示。

8.1b结点载荷，约束

8.1b结点载荷，约束

执行菜单项Utility→PlotCtrls→Style→SizeandShape，选中/Eshape，单击OK，执行菜单项Utility→→PlotCtrls→Symbol→Showpresandconvectas，选择Arrows，点击OK。

显示如图8.2a，b的结构模型及约束、载荷定义。

图8.2a施加约束、载荷的结构模型

图8.2b施加约束、载荷的结构模型

9、求解分析

执行MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS→OK，进行求解。

结果如图9.1所示。

图9.1求解完成

四、后处理

1、显示该结构的平面布置结构

执行PlotCtrls→Style→SizeandShape→DisplayofElement→on→Ok

2、显示结构的变形图

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape→selectDef+Undeformed→OK，注意长度单位是mm。

结果如图2.1a，2.1b所示

图2.1a结构的变形图

图2.1b结构的变形图

3、求支座反力

执行MainMenu→GeneralPosproc→ListResults→ReactionSolu→AllstructforceF→OK，结果如图3.1。

可以看到X，Y方向的支座反力远小于Z方向，几乎为0，这与理论分析支座反力只有Z向的结果相符，注意力的单位是kgmm/s2。

同时1与2结点，15与26结点，20与44结点的支座反力相等，理论Z向总载荷为11x13x2=286kN，平摊到六个节点，每个节点为47kN，即0.47e8kgmm/s2。

仿真结果，6个节点Z向反力相加为284kN，每个节点力数量级为e8，仿真结果同样与理论分析结果相符。

图3.1支座反力

4、求结点的最大位移及其所在位置。

执行MainMenu→GeneralPosproc→ListResults→SortedListing→SortNodes，如图4.1所示设置，按OK。

图4.1结点排序设置

然后执行MainMenu→GeneralPosproc→ListResults→NodalSolution，弹出ListNodalSolution，选择DOFNodalsolution→DisplacementVectorSum点OK之后弹出结点位移按顺序排列的结果，如图4.2。

由输出结果可知，结点最大位移位于128结点上，最大位移值为226.27mm。

同样的主要位移在Z方向，与理论相符。

图4.2结点位移

执行MainMenu→GeneralPosproc→PlotResult→ContourPlot→NdalSolu，选择Displacementvectorsum点OK之后显示最大位移的结点位置，如图4.3a，b所示。

图4.3a最大位移结点位置

图4.3b最大位移结点位置

5、强度校核

对该结构中最危险单元（杆件）进行强度校核，执行MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ElementSolution→Stress，选择VonMissStress，结果如下图5.1所示，注意压强单位为kg/（s2mm）=kPa。

图5.1强度校核

如上图所示，可以看到机构上最小应力杆单元位于MN附近，应力最大的杆单元，MX附近边缘，考虑到对称性，应存在4个最大应力单元，通过放大图样可以放看到确实如此。

图5.2最大应力单元

材料是碳素结构钢Q235，其屈服极限是235MPa，由最大应力为416295kPa=416.295MPa可知，不符合强度要求。

附件

/BATCH

/COM,ANSYSRELEASERelease16.0BUILD16.0UP2014120308:

35:

07

!

*

/NOPR

KEYW,PR_SET,1

KEYW,PR_STRUC,1

KEYW,PR_THERM,0

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW,PR_ELMAG,0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR_MULTI,0

/GO

!

*

/COM,

/COM,PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:

/COM,Structural

!

*

/PREP7

!

*

ET,1,BEAM188

!

*

!

*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2.1E8

MPDATA,PRXY,1,,0.3

SECTYPE,1,BEAM,HREC,,0

SECOFFSET,CENT

SECDATA,100,160,14,14,14,14,0,0,0,0,0,0

SECTYPE,2,BEAM,CTUBE,,0

SECOFFSET,CENT

SECDATA,20,30,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

/UI,BEAM,OFF

FLST,3,4,8

FITEM,3,0,0,0

FITEM,3,11000,0,0

FITEM,3,11000,13000,0

FITEM,3,0,13000,0

K,,P51X

LSTR,4,1

LSTR,1,2

LSTR,2,3

LSTR,3,4

FLST,3,1,4,ORDE,1

FITEM,3,2

LGEN,13,P51X,,,,1000,,,0

FLST,3,1,4,ORDE,1

FITEM,3,1

LGEN,11,P51X,,,1000,,,,0

!

*

LESIZE,ALL,1000,,,,1,,,1,

TYPE,1

MAT,1

REAL,

ESYS,0

SECNUM,1

!

*

FLST,2,16,4,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-16

LMESH,P51X

TYPE,1

MAT,1

REAL,

ESYS,0

SECNUM,2

!

*

FLST,2,10,4,ORDE,2

FITEM,2,17

FITEM,2,-26

LMESH,P51X

NUMMRG,NODE,,,,LOW

FLST,2,6,1,ORDE,6

FITEM,2,1

FITEM,2,-2

FITEM,2,15

FITEM,2,20

FITEM,2,26

FITEM,2,44

!

*

/GO

D,P51X,,,,,,ALL,,,,,

FLST,2,4,1,ORDE,4

FITEM,2,1

FITEM,2,-2

FITEM,2,15

FITEM,2,26

!

*

/GO

F,P51X,FZ,-500000

FLST,2,44,1,ORDE,6

FITEM,2,3

FITEM,2,-14

FITEM,2,16

FITEM,2,-25

FITEM,2,27

FITEM,2,-48

!

*

/GO

F,P51X,FZ,-1000000

FLST,2,120,1,ORDE,24

FITEM,2,51

FITEM,2,-60

FITEM,2,63

FITEM,2,-72

FITEM,2,75

FITEM,2,-84

FITEM,2,87

FITEM,2,-96

FITEM,2,99

FITEM,2,-108

FITEM,2,111

FITEM,2,-120

FITEM,2,123

FITEM,2,-132

FITEM,2,135

FITEM,2,-144

FITEM,2,147

FITEM,2,-156

FITEM,2,159

FITEM,2,-168

FITEM,2,171

FITEM,2,-180

FITEM,2,183

FITEM,2,-192

!

*

/GO

F,P51X,FZ,-2000000

FINISH

/SOL

!

*

ANTYPE,0

/STATUS,SOLU

SOLVE