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1、基于ANSYS梁結(jié)構(gòu)靜力分析李亞鋒07209220091001861摘要：采用大型通用軟件ANSYS，對梁結(jié)構(gòu)受彎矩力時工況進(jìn)行三維有限元靜力分析，計算結(jié)果，分析梁體應(yīng)力分布情況。關(guān)鍵詞：梁結(jié)構(gòu)；ANSYS；有限元；靜力分析0引言梁結(jié)構(gòu)是生活中常見的結(jié)構(gòu)，為了全面了解梁結(jié)構(gòu)在受到彎矩力時梁體應(yīng)力分布狀態(tài)，采用ANSYS三維有限元對梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行工況靜力計算，分析梁體應(yīng)力、位移情況。1概況1.1梁體的結(jié)構(gòu)與受力梁的截面形狀為梯形截面，各個截面尺寸相同。兩端受彎矩沿中性面發(fā)生彎曲，如圖1-1所示。利用ANSYS軟件對此梯形截面梁進(jìn)行靜力學(xué)分析，以獲得沿梁AA截面的應(yīng)力
2、分布情況。rθAAMMA-A截面圖1-1梯形截面梁受彎矩彎曲模型1.2問題分析由于此問題不是軸對稱的，梁上各點位移呈圓弧狀，有彎曲半徑和彎曲中心，所以采用三維實體單元要比采用軸對稱單元好一些。其幾何形狀可以通過柱坐標(biāo)建立。1.2.1合理簡化模型由于梁彎曲部分的應(yīng)力不隨θ變化，所以可以適當(dāng)簡化模型，取圖1-2所示的切片。AB和CD邊夾角為5°。14mm88mm65mm44mmMZ,w旋轉(zhuǎn)軸r,u對稱面D,BC,A5°θ,γr,uCADB2＃面1＃面M/2M/2rc圖1-2分析切片由于不知道切片兩側(cè)截面上軸向應(yīng)力的分布情況，所以只能將彎矩M直接作用在簡化模型上。在
3、定義位移約束時仍認(rèn)為切片兩側(cè)保持平面，切片兩端只受純彎矩載荷，即切片端面不受外力載荷。通過有限元分析可以得到受彎矩切片端面處的應(yīng)力分布情況。因應(yīng)力與所受彎矩呈線性關(guān)系，所以截面上的應(yīng)力與切片兩端面所受彎矩Mp緊密相關(guān)。當(dāng)z值不變時，梁的截面上點A、B、C和D對稱分布，所以，分析梁截面時只需取截面的一半。1.2.1描述模型的邊界條件任意節(jié)點處沿u（徑向）、v（環(huán)方向）、w（軸向）的約束情況如表1-1所示。表1-1約束條件1＃面（Face1）2＃面（Face2）U=0（節(jié)點A）無V=0（所有節(jié)點）V=0.0001(rc-r)（所有節(jié)點）W=0（沿AB邊）W=0（沿
4、CD邊）切片上所有節(jié)點均被約束。A節(jié)點處，u=0可阻止切片沿r方向做剛體運動；1＃面上所有節(jié)點v=0可防止1＃面做圓周運動，對于ABCD由w=0保證切片模型的對稱性；2＃面上BC保證2＃面繞r=rc面轉(zhuǎn)動時，2＃面保持平面。比例系數(shù)0.0001，這是隨意取的，沒有特別含義。開始時，不知道rc的確切值，由于rc對應(yīng)的是純彎矩，所以A節(jié)點處的反作用力Ra為零。假設(shè)開始時，rc=60mm或rc=70mm，則兩個rc值對應(yīng)的Ra分別為2001N和357N。根據(jù)線性推斷，當(dāng)Ra=0時有rc=72.2mm。所以，在分析過程中，取rc=72.2mm（為了分析過程簡潔，所以在
5、這里給出rc值，實際問題分析中，讀者只能自己確定rc值）。1有限元模型的建立2.1選擇單元和定義實常數(shù)、材料屬性由于采用柱坐標(biāo)進(jìn)行三維實體分析，所以選擇的單元為8節(jié)點6面體單元。由于分析不需要定義實常數(shù)，因此可以選擇默認(rèn)值。定義彈性模量和泊松比：楊氏模量：200e9泊松比：0.32.2定義幾何參數(shù)根據(jù)切片模型，首先定義切片頂點的8個關(guān)鍵點，然后通過關(guān)鍵點生成切片實體模型。在柱坐標(biāo)系中生產(chǎn)所需關(guān)鍵點。由于4個關(guān)鍵點是模型圖上的A、B、C、D，另外4個是有同樣的r和θ但沒有顯示出來的z軸方向上的與前4個關(guān)鍵點對應(yīng)的關(guān)鍵點。因此，需要通過模型幾何參數(shù)創(chuàng)建。通過參數(shù)定
6、義幾何實體的操作如下：R1=44e-3R2=R1+88e-3Z1=65e-3Z2=14e-32.3定義關(guān)鍵點由于幾何模型將在柱坐標(biāo)中創(chuàng)建，所以首先要將坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到柱坐標(biāo)。注意：當(dāng)當(dāng)前坐標(biāo)系為柱坐標(biāo)時，輸入提示菜單中的X、Y和Z對應(yīng)柱坐標(biāo)的r、θ（單位為度）和Z。關(guān)鍵點坐標(biāo)參數(shù)如下：1＃關(guān)鍵點X=R1，Y=90，Z=02＃關(guān)鍵點X=R1，Y=95，Z=03＃關(guān)鍵點X=R1，Y=95，Z=Z14＃關(guān)鍵點X=R1，Y=90，Z=Z15＃關(guān)鍵點X=R2，Y=90，Z=06＃關(guān)鍵點X=R2，Y=95，Z=07＃關(guān)鍵點X=R2，Y=95，Z=Z28＃關(guān)鍵點X=R2，Y=9
7、0，Z=Z22.4生成切片模型通過已定義的8個關(guān)鍵點生成實體模型：首先連接底部的關(guān)鍵點，然后連接頂部的關(guān)鍵點。這些操作均需在笛卡兒坐標(biāo)系中進(jìn)行。通過連接關(guān)鍵點而成的線為直線，即切片的邊為直邊。此處需要這些邊為直邊，而柱坐標(biāo)系中生成的線卻是曲線。依生成關(guān)鍵點的順序依次選擇關(guān)鍵點，即可得到切片實體模型，結(jié)果如圖2.1所示。圖2.12.5劃分網(wǎng)格由于劃分實體網(wǎng)格時需要根據(jù)具體的邊、線進(jìn)行調(diào)整，所以需要顯示出邊和線。另外，為了便于定義約束，需要顯示線的序號并關(guān)閉背景。首先顯示切片的邊線，操作如下：由于只有一種單元和材料，所以在劃分網(wǎng)格時，單元類型和參數(shù)需自動選定。為便
8、于設(shè)置網(wǎng)格劃分參數(shù)，可顯示實體邊線和關(guān)
