静定空间桁架ANSYS分析

2017-02-17  by:CAE仿真在线  来源:互联网

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导读:求该空间桁架的约束反力,各节点的位移和各杆的轴力和应力。本次ANSYS分析要重点掌握画图和列表查看节点和单元编号,会对结果进行后处理查看。N、mm和MPa单位制。

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一、问题描述

图示为空间桁架,各杆的横截面积A= 200 mm2。材料的弹性模量E= 200 GPa,泊松比均为0.3。求该空间桁架的约束反力,各节点的位移和各杆的轴力和应力。

二、理论计算

计算过程见参考文献

钟明. 结构力学习题集[M]. 北京: 人民教育出版社, 1965:51-55.

各杆轴力计算结果:

杆	轴力/kN
AB	2.50
AC	-2.00
AD	0
BD	-5.83
BE	-1.00
BC	1.50
CE	-2.12
CD	2.50
CF	-5.00
DE	7.50
DF	-4.00
DG	-1.50
EF	1.50
EG	-8.76
EH	2.00
FI	-6.50
FH	-2.12
FG	5.00
GH	7.50
GI	-4.00
HI	-3.00

约束反力计算结果:

杆	Fx/kN	Fy /kN	Fz /kN
H	-6.00	-0.50	0
I	4.00	6.50	3.00
G	0	3.00	0

三、GUI求解步骤

1.进入ANSYS

程序→ ANSYS → ANSYS Product Launcher → 改变working directory到指定文件夹→ 在job name输入:Link → Run。job name可默认为file。

2.定义工作文件名及工作标题

(1)定义工作文件名:UtilityMenu > File > Change Jobname → Change Jobname → 输入文件名Link→ OK。可不用输入,默认为file。

(2)定义工作标题:UtilityMenu > File > Change Title → Change Title → 输入Link→ OK。可不用输入。

3.定义单元属性

(1)定义单元类型:MainMenu > Preprocessor > Element Type > Add /Edit /Delete → Add → 在左列表框中选择Link,在右列表框中选择3D finit stn 180 → OK → Close。

(2)定义实常数:MainMenu > Preprocessor > Real Constants > Add → Type 1 → OK → Real Constant Set No.:1,AREA:200→ OK → Close。

(3)设置材料属性:MainMenu > Preprocessor > Material Props > Material Models → Structural→ Linear → Elastic → Isotropic → EX:2.0E5,PRXY:0.3→ OK。

4.建立模型

(1)定义节点:MainMenu > Preprocessor > Create > Nodes > In Active CS → 创建节点A:NODE Node number:1,X,Y,Z Location in active CS:分别输入4e3,6e3,0→ Apply → 依次创建各个节点,输入的节点坐标见下表→ OK。

依次输入各个节点号及坐标:

节点	节点号	x /mm	y /mm	z /mm
A	1	4e3	6e3	0
B	2	0	6e3	-3e3
C	3	0	6e3	0
D	4	4e3	3e3	0
E	5	0	3e3	-3e3
F	6	0	3e3	0
G	7	4e3	0	0
H	8	0	0	-3e3
I	9	0	0	0

(2)定义单元:

①定义单元:MainMenu > Preprocessor > Create > Elements > Auto Numbered > ThruNodes → 按照杆的编号,依次拾取节点。拾取节点1和2(生成AB杆,单元号1)→ Apply → 依次拾取的节点见下表→ OK。

杆	单元号	I 节点	J 节点
AB	1	1	2
AC	2	1	3
AD	3	1	4
BD	4	2	4
BE	5	2	5
BC	6	2	3
CE	7	3	5
CD	8	3	4
CF	9	3	6
DE	10	4	5
DF	11	4	6
DG	12	4	7
EF	13	5	6
EG	14	5	7
EH	15	5	8
FI	16	6	9
FH	17	6	8
FG	18	6	7
GH	19	7	8
GI	20	7	9
HI	21	8	9

各杆单元编号,先拾取的节点为I节点,后拾取的节点为J节点。

(3)查看节点和单元编号

①打开节点和单元编号:Utility Menu > PlotCtrls > Numbering→ NODE numbers:ON,Elem /Attribnumbering: Element numbers → OK。

②画图查看节点和单元编号:Utility Menu > Plot > Element。

③列表查看节点和单元编号

节点列表:Utility Menu >List > Nodes →OK → File > Close。

单元列表:UtilityMenu >List >Elements >Nodes + Attributes。列表中第一行依次是ELEM单元号、材料号MAT、单元类型编号TYE、实常数编号REL、单元坐标系编号ESY、截面编号SEC、I节点编号、J节点编号。

④打开杆单元的单元形状:Utility Menu > PlotCtrls> Style > Size and Shape → [/ESHAPE]:On。

5.施加边界条件并求解

(1)施加约束:MainMenu > Solution > Define loads > Apply > Structural > Displacement> On Nodes →

拾取节点8→ OK → Lab2:UX和UY→ Apply →

拾取节点9→ Lab2:ALLDOF → Apply →

拾取节点7→ Lab2:UY→OK。

(2)施加载荷:MainMenu > Solution > Define loads > Apply > Structural > Force/Moment> On Nodes →

拾取节点1→ OK → Lab:FZ,VALUE:1.5E3→ Apply →

拾取节点2→ OK → Lab:FX,VALUE:2E3→ Apply →

拾取节点2→ OK → Lab:FY,VALUE:-4E3→ Apply →

拾取节点3→ OK → Lab:FY,VALUE:-5E3→ Apply →

拾取节点4→ OK → Lab:FZ,VALUE:1.5E3→ Apply → OK。

(3)求解前保存模型:UtilityMenu > Files > Save as → 输入Link_Load.db→ OK。

(4)求解:MainMenu > Solution > Solve > Current LS → File > Close → Solve CurrentLoad Step → OK → Solution is done → Close。

(5)保存结果文件:UtilityMenu > Files > Save as → 输入Link_Solve.db→ OK。

6.后处理

(1)查看各节点位移:

①云图显示:MainMenu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu→ 选择DOFsolution。→ 分别选择各方向位移和总位移→ OK。UX、UY和USUM分别表示x方向、y方向和总位移。

②列表显示:MainMenu > General Postproc > List Results > Nodal solu → 选择DOFsolution 下的Displacementvector sum → OK。

(2)查看各单元轴力:

①查定义LINK180轴力单元表的方法:打开ANSYSHelp,搜索LINK180。

找到LINK180的单元介绍页面后,找Table180.1: LINK180 Element Output Definitions,在Name栏中FORCE便是轴力,Sxx是轴向应力。

找Table180.2: LINK180 Item and Sequence Numbers,表中Output Quantity Name列找到FORCE,Item为SMISC,编号为1。

②定义轴力单元表:MainMenu > General Postproc > Element Table > Define Table,→ Lab:输入FN→ Item:选择Bysequence num → Comb:选择SMISC,在SMISC后面输入“1” → OK → Close。

③轴力列表显示:Main Menu > General Postproc > Element Table > List Element Table→ 选择FN → OK → 记录各个单元的轴力 → File → Close。

④画轴力图:MainMenu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Line ElemRes → LabI选择FN,LabJ选择FN→ OK。

(3) 查看各单元应力

①画轴向应力图:MainMenu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu→ Nodal Solution → Stress → X – Component of stress → OK。

开杆单元的单元形状:Utility Menu > PlotCtrls> Style > Size and Shape → [/ESHAPE]:On。显示节点应力云图之前需要打开单元形状,否则不能显示该结果。

②轴向应力列表显示:MainMenu>General Postproc>List Results>Element Solution → Element Solution→ Stress → X – Component of stress → OK。

说明:杆单元的一个单元只有一个轴力,云图显示节点应力与列表显示单元应力的结果一致。杆单元的应力是在单元坐标系下显示的,因此应选择X – Component ofstress。

(5)列表查看约束反力:MainMenu > General Postproc > List Results > Reaction Solu → All strucforc F → OK。

节点1和节点3的约束反力结果如下:

7.退出ANSYS软件

Utility Menu> File > Exit → Quit-No Save → OK。

三、APDL求解步骤

/PREP7 !进入前处理

ET,1,LINK180 !单元类型

R,1,200 !实常数

MP,EX,1,2.0e5 !材料

MP,PRXY,1,0.3

N,1,4e3,6e3,0 !定义节点

N,2,0,6e3,-3e3

N,3,0,6e3,0

!NGEN,3,3,all, , , ,3E3, ,1,

N,4,4e3,3e3,0

N,5,0,3e3,-3e3

N,6,0,3e3,0

N,7,4e3,0,0

N,8,0,0,-3e3

N,9,0,0,0

/VIEW,1,1,2,3 !视图

E,1,2 !定义单元

E,1,3

E,1,4

E,2,4

E,2,5

E,2,3

E,3,5

E,3,4

E,3,6

E,4,5

E,4,6

E,4,7

E,5,6

E,5,7

E,5,8

E,6,9

E,6,8

E,6,7

E,7,8

E,7,9

E,8,9

/PNUM,NODE,1 !打开节点编号

/PNUM,ELEM,1 !打开单元编号

EPLOT !显示单元和节点

NLIST,ALL, , , ,NODE,NODE,NODE !节点列表

elist,all,,,0,0 !单元列表

FINISH

/SOLU !进入求解器

D,8,UY !施加约束

D,8,UX

D,9,ALL

D,7,UY

F,1,FZ,1.5e3 !施加载荷

F,2,FX,2e3

F,2,FY,-4e3

F,3,FY,-5e3

F,4,FZ,1.5e3

SOLVE !求解

FINISH

/POST1

/dev,font,1,Courier*New,400,0,-14,0,0,,, !字体大小

/GFORMAT,F,12,2, !数据格式

PLNSOL, U,X, 0,1.0 !X方向的位移云图

PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !Y方向的位移云图

PLNSOL, U,SUM, 0,1.0 !总位移云图

PRNSOL,U,COMP !各方向位移列表

/GFORMAT,F,12,0,

ETABLE,FN,SMISC, 1 !定义轴力单元表

PRETAB,FN !轴力单元表列表

PLLS,FN,FN,1,0 !轴力图云图

/GFORMAT,F,12,1,

ETABLE,Stress_I,LS, 1 !定义轴向应力单元表

ETABLE,Stress_J,LS, 2

PRETAB,STRESS_I,STRESS_J !轴向应力单元表列表

PLLS,STRESS_I,STRESS_J,1,0 !轴向应力云图

PLNSOL, S,X, 0,1.0 !节点的轴向应力,需要打开单元形状

PRESOL,S,COMP !单元的轴向应力列表

PRRSOL,F !约束反力列表

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