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1、 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
2、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11（单位米），因此框架的外边框应为1100013000（单位毫米）。三、具体操作及分析求解1、准备工作执行Utility Menu：File Clearstart new 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GUI filter，执行 MainMenu: 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GUI filter2、选择单元类型。执行Main Menu: Preprocessor
3、 Element Type Add/Edit/Delete Add select BEAM188，如图2.1。之后点击OK(回到Element Types window) 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Main MenuPreprocessor Material Props Material Models 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
4、梁的截面定义主梁和次梁的截面，执行Main MenuPreprocessor Sections BeamCommon Sections，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 On Working Plane，输入点坐标值，点击apply，如图5.1a。依
5、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 Straight line，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 size cnt
6、rlsmanualsizelinesAll line，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Meshing Attributes图6.4 设置次梁Meshing Attributes图6.5 网格划分7、合并重复nodes执
7、行PreprocessorNumberingCtrlsMergeItemsOK。执行utility menu：plot nodes，结果如图7.1所示图7.1 合并nodes8、定义分析类型并施加约束执行Main MenuSolution Analysis TypeNew Analysis，定义分类型为Static。对模型施加约束，执行Main Menu Solution Apply Structural Displacement OnNodes，选取6个点，1，26，15，44，20，2，约束选为ALL DOF。执行Main Menu Solution Apply Structural Fo
8、rce/MomentOnNodes，依次对4个角上的结点（1，26，2，15），边缘结点（3948，2738，1625，314）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 PlotCtrlsStyleSize and Shape，选中/Eshape，单击OK，执行菜单项UtilityPlotCtrlsSymbolShow pres and convect as，选择Arrows，点击OK。显示如图8.
9、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Main MenuSolutionSolveCurrent LSOK，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 Size and Shape Display of Element on Ok2、显示结构的变形图GeneralPostproc PlotResults Deformed Shape select Def+Undeformed OK，注意长度单位是mm。 结果如图2.1a，2.1b所
10、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Main Menu General Posproc List Results Reaction Solu All struct force FOK，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=286 kN，平摊到六个节点，每个节点为47kN，即0.47e8 kgmm/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
11、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Main MenuGeneral PosprocList ResultsSorted ListingSort Nodes，如图4.1所示设置，按OK。图4.1 结点排序设置然后执行Main MenuGeneral PosprocList ResultsNodal Solution，弹出List Nodal Solution，选择DOF Nodal solutionDisplacement Vector Sum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
12、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Main MenuGeneral PosprocPlot ResultContour PlotNdal Solu，选择Displacement vector sum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Main Menu General Postproc Plot Results Element Solution Stress ，选择Von Miss Stress，结果如下图5.1
13、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,ANSYS RELEASE Release 16.0 BUILD 16.0 UP20141203 08:35:07!* /NOPR KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,P
14、R_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,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural !* /PREP7 !* ET,1,BEAM188!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2.1E8 MPDATA,PRXY,1,0.3 SECTYPE, 1
15、, 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,OFFFLST,3,4,8 FITEM,3,0,0,0 FITEM,3,11000,0,0 FITEM,3,11000,13000,0 FITEM,3,0,13000,0 K, ,P51XLSTR, 4, 1 LSTR, 1, 2 LSTR, 2, 3 LSTR, 3, 4
16、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, 1REAL, ESYS, 0 SECNUM, 1 !* FLST,2,16,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-16 LMESH,P51X TYPE, 1 MAT, 1REAL, ESYS, 0 SECNUM, 2 !* FLST,2,10,4,ORDE
17、,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,
18、2,-14 FITEM,2,16 FITEM,2,-25 FITEM,2,27 FITEM,2,-48 !* /GO F,P51X,FZ,-1000000 FLST,2,120,1,ORDE,24FITEM,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,-108FITEM,2,111 FITEM,2,-120FITEM,2,123 FITEM,2,-132FITEM,2,135 FITEM,2,-144FITEM,2,147 FITEM,2,-156FITEM,2,159 FITEM,2,-168FITEM,2,171 FITEM,2,-180FITEM,2,183 FITEM,2,-192!* /GO F,P51X,FZ,-2000000 FINISH /SOL!* ANTYPE,0/STATUS,SOLUSOLVE 19