三维实体结构的分析.docx

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1、三维实体结构的分析一、问题描述图25所示为一工字钢梁，两端均为固定端，其截面尺寸为，l = 1.0m, a = 0.16m, b = 0.2m, c = 0.02m, d = 0.03m。试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。其他已知参数如下：图25工字钢结构示意图弹性模量（也称杨式模量）E= 206GPa；泊松比u = 0.3 ；材料密度P = 7800kg / m3 ；重力加速度g = 9.8m / s2 ；作用力Fy作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=-5000N三、结果演示图26单元类型库对话框图27单元类型对话框图28材料特性参

2、数对话框使用ASSYS 8。0软件对该工字钢梁进行结构静力 分析，显示其节点位移云图。四、实训步骤（一）ASSYS8.0的启动与设置与实训1第一步骤完全相同，请参考。（二）单元类型、几何特性及材料特性定义1定义单元类型。点击主菜单中的“ PreprocessorElementType Add/Edit/Delete ”，弹 出对话框，点击对话框中的“Add”按钮，又弹出一对 话框（图26），选中该对话 框中的“Solid”和 “Brick 8node 45”选项，点击“OK”， 关闭图26对话框，返回至上 一级对话框，此时，对话框 中出现刚才选中的单元类 型：Solid45，如图27所示。点击

3、“Close”，关闭图27所示对话框。注：Solid45单元用于 建立三维实体结构的有限元分析模型，该单元由8个节点组成，每个节点具有X、Y、Z方 向的三个移动自由度2.定义材料特性。点击主菜单中的 “PreprocessorMaterial Props Material Models”， 弹出窗口如图28所示，逐级双击右框中“StructuralLinearElastic Isotropic”前图标，弹出 下一级对话框，在“弹性模量”（EX）文本框中输入：2.06e11,在“泊松比”（PRXY） 文本框中输入：0.3,如图29所示，点击“OK”按钮，回到上一级对话框，然后，双击右图28材料特

4、性对话框框中的“Density”选项，在弹出对话框的“DENS” 一栏中输入材料密度：7800,点击“OK”按钮关闭对话框。最后，点击图2-31所示窗口右上角“关闭”该窗口。（三）工字钢三维实体模型的建立图30节点生成参数输入对话框1 .生成关键点。图30所示的工字钢梁的横截面由12个关键点连线而成，其各点坐标 分别为：1 (-0.08,0,0)、2 (0.08,0,0)、3 (0.08,0.02,0)、4 (0.015,0.02,0)、5 (0.015,0.18,0)、 6 (0.08,0.18,0)、7 (0.08,0.20,0)、8 (-0.08,0.20,0)、9 (-0.08,0.1

5、8,0)、10 (-0.015,0.18,0)、 11 (-0.015,0.02,0)、12 (-0.08,0.02,0)。点击主菜单中的“PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS”，弹出对话框。在“Keypoint number” 一栏中输入关键点号1,在 “XYZ Location，一栏中输入关键点1的坐标(-0.08, 0, 0)，如图30所示，点击“Apply” 按钮，同理将212点的坐标输入，此时，在显示窗口上显示所生成的12个关键点的位置。2.生成直线。点击主菜单中的“PreprocessorModelingCreate Lin

6、es LinesStraightLine”，弹出关键点选择对话框，依图33平面拉伸成体的参数设置弹出“直线选择”对话框，依次点图32面选择对话框次点选关键点1、2,点击“Apply”按钮，即可生成第一条直线。同理，分别点击2、3； 3、 4； 4、5； 5、6； 6、7； 7、8； 8、9； 9、10； 10、11； 11、12； 12、1 可生成其余 11 条直 线。生成后的组成工字钢梁横截面的直线如图31所示。3.生成平面。点击主菜单中的“PreprocessorModelingCreat e AreasArbitr aryBy Lines ”，选112直线，点击“OK”按钮关闭对话框，即

7、可生成工字钢的横截面。4.生成三维实体。点击主菜单中的“ PreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAlong Normal”，弹出平面选择对话框32，点选上一步骤生成的平面，点击“OK”按钮。之后弹出另一对话框33,在“DIST” 一栏中输入：1 （工字钢梁的长度），其他保留缺省设置，点击OK按钮关闭对话框，即可生成工字钢梁的三维实体模型。如图34所示。（四）网络划1.设定单元大小。点击主菜单中的“PreprocessorMeshingMeshTool”出对话框“SizeControl”签中的Global一栏点击Set，弹在标图34工字钢梁三维实体模型按钮

8、，弹出“网格尺寸设置”对话框，在SIZE 一栏中输入：0.02，其他保留缺省设置，点击OK按钮关闭对话框。2.接着上rH步,在图35的划分网格的对话框中，选中单选框“Hex”和“Sweep”，其他保留缺省设置，然后点击“Sweep”按钮，弹出体选择对图36划分网格后的工字钢梁模型话框，点选34中的工字钢梁实体，并点击OK按钮，即可完成对整个实体结构的网格划分，其结果如36所示。（五）施加载荷图35网格划分对话框1. 施加位移约束。点击主菜单的“PreprecessorLoadsDefineLoadsApplyStructuaralDisplacemengtOn Areas”， 弹出面选择对话框

9、，点击该工字梁的左端面，点击“ OK” 按钮，弹出对话框如图示，选择右上列表框中的“All DOF”， 并点击“OK”按钮，即可完成对左端面的位移约束，相当 于梁的固定端。同理，对工字钢的右端面进行固定端约束。2. 施加分布力（Fy）载荷。（1）选择施力节点。点击应用菜单中的“SelectEntities.”，弹出对话框如图37所示，在 第一个列表框中选择“ Nodes ”选项，第二个列表框中选 择 “By Location”选项，选中“Zcoordinates”单选框， 并在“Min,Max”参数的文本框中输入：0.5 （表示选择工 字钢梁沿的中间横截面上的所有节点），其他参数保留缺 省设置

10、，点击“Apply”按钮完成选择。点击“Plot”按 钮，在显示窗口上显示出工字钢梁中间横截面上的所有节 点。然后，在图37所示对话框中选中“Ycoordinates” 单选框，在“Min,Max”参数文本框中输入：0.2（表示工 字钢梁的上表面），选中“ Reselect”（表示在现有活动 节点一一即上述选择的中间横截面中，再选择y坐标等于 0.2的节点为活动节点）单选框，其他参数保留缺省设置（参见图37），然后依次点击“Apply”和“Plot”按钮， 即可在显示窗口上显示出工字钢梁上表面沿长度方向中 线处的一组节点，这组节点即为施力节点。（2）施加载荷。点击主菜单中的Preprocess

11、orLoadsDefineLoadsApplyStructuralForce/MomentOnLoads”，弹出“节点选择”对话框，点击“PickAll”按钮，即可选中（1）中所选择的这组需要施力的节点，之后弹出另一个对话框，在该对话框中的“Direction of force/mom” 一项中选择：“FY，在 Force/moment value” 一项 中输入：-5000 （注：负号表示力的方向与Y的方向相反），其他保留缺省装置，如图38所示，然后点击“OK”按钮关闭对话框，这样，通过在该组节点上施加与Y向相反的作用力， 就可以模拟该实训中所要求的分布力Fy =-5000N。（3）恢复选择

12、所有节点。在求解之前必须选择所有已创建的对象为活动对象（如点、 线、面、体、单元等），否则求解会出错。因此，点击应用菜单中的“SelectEverything”， 即可完成该项工作。需要注意的是，此时显示窗口仅显示施力节点及作用力的方向箭头。若要显示整个工 字钢梁的网络模型，可点击应用菜单中的“PlotElements”即可。3.施加重力载荷。点击主菜单中的Nodes“PreprocessorLoadsDefineLoadsApplyStructuralInertiaGravity”，在弹出对话框的“ACELY” 一栏中输入：9.8 （表示沿Y方向的重力加速度为9.8m/s，系统会自动利用密度

13、等参数进行分析计算），其他保留缺省设置，点击“ OK ”关闭对话框。到此为止，有限元分析的前置处理部分已经结束。（六）求解点击主菜单中的“ SolutionSolveCurrentLS”，弹出对话框中点击“ OK ”按钮，开始进行分析求解。分析完成后，又弹出一信息窗口提示用户已完成求解，点击“Close ”按钮关闭对话框即可。至于在求解时产生的STATUS Command窗口，点击“”关闭即可。说明：到此为止，有限元分析的求解部分已经结束。By Location 二|X coordinatesf* Y coordinates：Z coordinatesFrom Full& ReselectAl

14、so SelectUnselectScl导 All | Invert Sele Nonel0KApply |Replo|Cancel HelpPlotSelect Enti.图37节点选择（七）分析结果浏览1.绘制节点位移云图。点击主菜单中的“General PostprocPlot ResultsContourPlotNodal Solu”，弹出对话框，选中右上列表框“Translation”栏中的“UY”选项，其 他保留缺省设置。点击“OK”按钮，即可显示本实训工字钢梁各节点在重力和Fy作用下的 位移云图，如图40所示。同理，通过在图39所示对话框中选择不同的选项，也可以绘制各 节点的应力

15、以及沿其他方向的云图。2.列举各节点的位移解。点击主菜单中的General PostprocPlot ResultsContourPlotNodal Solu”，弹出对话框如图39所示，全部保留缺省设置，点击“OK”按钮关闭对话框，并Apply F/B on Nodes弹出一列表窗口，显示了该工字钢梁的位移F Apply Force/Moment on Noies图38施加载荷时的参数设置L=ibtioiL -jf fyrce/niQm情况，显然，由于受力方向为y方向，因此，从窗口数据看出，各节点沿y的位移最大。B.D 1 il 3 on.J.L图39节点位移显示设置3. 显示变形动画。点击应用菜单(UtilityMenu)中的“Plot CtrlsAnimateDeformedResults.)，在弹出的对话框中的“Timedelay”文本框中输入：0.1，并选中右列表框中的“UY”选项，其他保留缺省设置，点击OK”按钮关闭对话框，即可显示本实训工字钢梁 的变形动画。由于分布力Fy作用于梁中间，可以看出Fy对梁的局部作用过程。说明：到此为止，有限元分析的后置部分已经结束。与实验一一样，本实验还可以显示其他许多结果。例如，各单元沿各方向产生的应力、应变等内容，有兴趣的读者可自行尝图40节点位移云图试。（八）ANSYS软件的保存与退出