ANSYS悬臂梁的自由端受力的有限元计算[1]

悬臂梁自由端受力的有限元计算悬臂梁自由端受力的有限元计算、? 计算目的、? 掌握ANSYS软件的基本几何形体构造、网格划分、边界条件施加等方法。、? 熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。、? 利用ANSYS软件对梁结构进行有限元计算。、? 梁的变形、挠曲线等情况的分析。、? 一维梁单元二维壳单元三维实体单元对计算结果的影响。、? 载荷施加在不同的节点上对结果的影响。、? 计算设备PCANSYS软件（版本为）、? 计算内容悬臂梁受力模型如上图所示一段长mm的梁一端固定另一段受到平行于梁截面的集中力F的作用F=N。梁的截面为正方形边长为mm。梁所用的材料：弹性模量E=MPa泊松比。、? 计算步骤（以梁单元为例）、? 分析问题。分析该物理模型可知截面边长梁长度=是一个较小的值我们可以用梁单元来分析这样的模型。当然建立合适的壳单元模型和实体单元模型也是可以的。故拟采用这三种不同的方式建立模型。以下主要阐述采用梁单元的模型的计算步骤。、? 建立有限元模型。a)? 创建工作文件夹并添加标题在个人的工作目录下创建一个文件夹命名为beam用于保存分析过程中生成的各种文件。启动ANSYS后使用菜单“File”“ChangeDirectory…”将工作目录指向beam文件夹使用FILNAME,BEAM命令将文件名改为BEAM这样分析过程中生成的文件均以BEAM为前缀。偏好设定为结构分析操作如下：GUI:MainMenu>Preferences>Structuralb)? 选择单元进入单元类型库操作如下：GUI:MainMenu>Preprocessor>ElementType>AddEditDelete>Add…对话框左侧选择Beam选项在右侧列表中选择Delastic选项然后单击OK按钮。本步骤也可以用以下命令行形式代替：PREP!进入前处理器ET,,BEAM!定义BEAM单元c)? 定义实常数根据单元类型定义实常数操作如下：GUI:MainMenu>Preprocessor>RealConstants>AddEditDelete>Add…本例中主要定义梁的截面性质在AREA对应的文本框中输入梁的截面积。在IZZ对应的文本框中数据截面惯性矩。（注：截面惯性矩公式为Iz=BH其中B为矩形截面的宽H为高。）在HEIGHT对应的文本框中输入截面的高度。d)? 定义材料属性定义材料属性（弹性模量和泊松比）的操作如下：GUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Structural>Linear>Elastic>Isotropic在弹出的对话框中输入材料参数：杨氏模量(EX):e泊松比(PRXY):该步骤也可以使用以下命令实现：MP,EX,,EMP,PRXY,,e)? 创建实体模型合理规划模型的坐标可以减少一定的工作量在本例中将坐标原点取在梁的固定端将梁的方向置放为x方向。? 创建点：GUI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS在NPT对应的文本框中输入点的编号为在X,Y,Z对应的文本框中分别输入点的坐标,,。同样方式输入编号为的另一点坐标为,,。以上步骤可以用命令实现：K,,,,K,,,,? 连接线：将上面的两个点连接成线操作如下：GUI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>StraightLine依次拾取上面的两个点即形成两者之间的连线。该步骤可以用命令实现：L,,f)? 划分网格首先进入MeshTools对话框操作如下：GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool在出现的对话框中选择line标签旁边的Set按钮拾取直线在出现的对话框中NDIV对应的文本框中填入设置在线上将网格划分为份。在Mesh标签对应的下拉菜单中选择Lines点击Mesh按钮拾取直线。点击OK。在标题菜单上对应路径“PlotCtrls”“Style”“SizeandShape”在出现的对话框中将On前面的选框勾选。这样可以展示梁的三维形体。、? 施加载荷并求解。a)? 定义约束梁在左侧的端点具有约束利用以下操作定义约束：GUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnKeypoints选择左边的端点在出现的对话框右边的选框中选择ALLDOF约束所有自由度点击OK按钮确定。b)? 施加载荷GUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>ForceMoment>OnKeypoints选择右边的端点在出现的对话框Lab对应的下拉菜单中选择FY定义Y方向的集中力在Value对应的文本框中输入力的值为负号代表Y的负方向。c)? 求解、? 利用壳单元和实体单元建立类似模型并求解。a)? 壳单元壳单元模型选择单元类型为SHELLl实常数为梁的“厚度”值为材料特性保持不变建立的实体为一个长为宽为的矩形对该面进行适当的网格划分在左端的线上定义约束右端的各点上施加载荷。b)? 实体单元实体单元模型选择单元类型为SOLID无需定义实常数材料特性保持不变建立的实体为一个长为宽和高为的长方形对该体进行适当的网格划分在左端的面上定义约束右端的各点上施加载荷。、? 结果分析、? 网格划分效果图（依次为梁单元壳单元实体单元）如图所示梁单元只能在一个方向上划分网格壳单元可以在一个平面上划分而实体单元则可以在整个体的范围内划分网格。、? 梁的变形首先考虑将集中力都加载在端点中心处的情况以便比对。下面是位移云图顺序保持和以上一致。ElementTypeUmaxmmBeamShellSolid单元类型与最大位移(取绝对值)对应表、? 加载不同的节点上的情况。a)? 壳体模型可以尝试将集中力加载到壳体模型非中心的节点上。观察结果如下图所示：其中在右上角的点施加了Z方向的集中力图中可以见到该角的位移相比偏大。这符合物理规律。b)? 实体模型将集中力加载在柱状实体的一个角上（图中为右上角）位移图像如下。具有和壳体模型一样的规律。、? 实体模型的上拉下压情况。