[原创]桁架超静定问题(力法)ANSYS分析

2017-02-17  by:CAE仿真在线  来源:互联网

导读:结构分析中,以力为基本未知量,借助于变形协调方程求解的方法称为力法。ANSYS分析该问题显得尤为简洁方便,要掌握如何显示节点和单元编号,后处理查看约束反力、节点位移和单元轴力的步骤。

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一、问题描述

图示为一简单桁架,杆的横截面积A= 100 mm2,弹性模量E= 200 GPa,泊松比均为0.3,a =1.0 m,F=2 kN。求约束反力,各杆的轴力和节点位移。

二、理论计算

力法解析解参考《材料力学 II》,第5版,刘鸿文,第122页。

三、GUI求解步骤

1.进入ANSYS

程序→ ANSYS → ANSYSProduct 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:100→ 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 → 依次输入4个节点坐标1(0,0, 0),2(1E3,0, 0),3(1E3,1E3, 0),4(0,1E3, 0)→ OK。

(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2和3(生成单元1)→ Apply → 拾取节点1和2→ 拾取节点1和4→ 拾取节点3和4→ 拾取节点1和3→拾取节点2和4→ OK。

②打开节点和单元编号:Utility Menu > PlotCtrls > Numbering→ NODE numbers:ON,Elem /Attribnumbering: Element numbers。→ OK。

③显示单元:Utility Menu > Plot > Element,查看节点和单元编号,见下图。

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2→ OK → Lab2:AllDOF → Apply →拾取节点1→ Lab2:UY→ OK。

(2)施加载荷:MainMenu > Solution > Define loads > Apply > Structural > Force/Moment> On Nodes → 拾取节点3→ OK → Lab:FX,VALUE:2E3→ 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。以下三个云图中的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Displacement vector 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ANSYS Help,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。

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By sequence 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。结果与力法解析解完全一致。

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

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

7.退出ANSYS软件

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

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