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1、课程设计说明书工程结构仿真课程设计 学院（部）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 201 年 0 月 日安 徽 理 工 大 学课 程 设 计 成 绩 评 定1、专业班级： 2、姓 名： 3、完成日期： 4、设计题目： 平面桁架问题 门铰链位置优化分析5、成绩评定：成绩评定标准所占分值各项得分学生工作态度及与团队协作能力25学生掌握相关基础理论及设计软件的程度25学生模型建立的合理性及结果的精确性25课程设计说明书编写的规范性及语言的流畅性25总成绩日期： 年 月 日18安徽理工大学课程设计目 录1.前言21.1引言21.2结构静力学分析21.3 课程设计的目的和要求22.平面桁架问题分析3
2、2.1问题阐述32.2理论分析42.3有限元分析 52.4本章小结8 3.实体模型分析9 3.1模型材料与几何参数9 3.2有限元模型的建立9 3.3 结果与分析114. 心得体会185.参考文献1 前言1.1引言有限元法（finite element method）是一种高效能、常用的数值计算方法。科学计算领域，常常需要求解各类微分方程，而许多微分方程的解析解一般很难得到，使用有限元法将微分方程离散化后，可以编制程序，使用计算机辅助求解。有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。自从19
3、69年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系。基本思想：由解给定的泊松方程化为求解泛函的极值问题。1.2结构静力学分析通过进行结构静力学的分析，我们能更加熟悉已学过的结构求解，结构受力的情况，结构静力学的分析不仅仅关系到我们的课程作业，也与我们日常生活，我们的工作密切相关，熟练的掌握结构静力学分析能帮助我们解决许多生活、工作中遇到的静力学问题。1.3 课程设计的目的和要求课程设计能更好的让我们把所学的各科知识联系起来，把书本上
4、的知识与生活实际所面对的问题联系起来，能有效的提高我们解决实际问题的能力。通过做课程设计，能有效的提高学生自主学习的能力，提高学生查阅书刊杂志，自主选择查找相关资料的能力，进行独自分析解答的能力。本次课程设计有两个问题，第一个为桁架的静力学分析，第二个为ANSYS设计模型要求采用理论计算和ANSYS软件两种方法分别进行分析，这是进一步让我们熟悉使用ANSYS软件，并对有限元理论进行更好的总结，让我们学习更好。2 平面桁架问题分析2.1问题阐述平面桁架问题在各种工程结构中被广泛使用的一种特殊的刚体系，它们是一些短而直的钢杆彼此以端部连接而成的几何不变的结构。当刚杆之间的连接能近似的看做是铰链约束
5、时，这种杆系结构称为桁架。已知有一个桁架，结构形状如下图所示。施加在桁架上的力F=10kN。桁架每根长1m，杆的截面积为0.01，泊松比=0.3，弹性模量E=200GPa。用两种方法分别计算出桁架的内力并进行比较。图2-1桁架计算模型图图2-2 桁架受力分析图2.2理论分析求支座反力，分别对A,B点取矩： (2-1) 解得 (2-2)解得 以节点A为研究对象： ： (2-3) 解得 ： (2-4) 解得 （压力） 以节点C为研究对象： ： (2-5) 解得 （拉力）(压力）以节点D为研究对象： ： (2-6) 解得 （压力） ： (2-7) 解得 以节点E为研究对象： ： (2-8) 解得 ：
6、 (2-9) 解得 （拉力） （压力）以节点F为研究对象： ： (2-10) 解得 （拉力） ： (2-11) 解得 （压力）以节点G为研究对象： ： (2-12) 解得 (压力） ： (2-13) 解得 （拉力）2.3 有限元分析（1）选择单元类型： 通过单击Preference Element Type Add/Edit/Delete定义单元类型为LINK 3D finit stn 180。（2）定义几何特性： 通过单击Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete定义单元的几何特性，即：面积为0.01。（3）定义材料特性： 通过单击Preproce
7、ssor Material Props Material Models，以及Structural Linear Elastic Isotropic定义弹性模量为2E11，泊松比为0.3。（4）定义节点： 通过单击Preprocessor Modeling Create Nodes In Active CS，定义13个节点，它们分别是1（0，0，0），2（5，0，0），3（0，1，0），4（1，1，0），5（1，2，0），6（2，1，0），7（2，2，0），8（3，1，0），9（3，2，0），10（4，1，0），11（4，2，0），12（5，1，0），13（2.5，1，0）。（5）定义单元： 通
8、过节点生成单元，方法如下，单击Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes，弹出“节点选择”对话框，依次选择1、3，单击Apply,如此生成1号单元。同理单击Apply生成剩余的22个单元。（6）施加位移约束：依次单击Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes，在1号节点施加All DOF约束，在2号节点施加UY=0的约束。（7）施加集中力载荷：依次单击Solution Define Loads Apply Structural Forc
9、e/Moment On Nodes在6号和8号节点施加F=-10000N的荷载。（8）求解结果：依次单击Solution Solve Current LS，求出结果。图2-3 桁架有限元分析加载图 图2-4 桁架总体变形图图2-5 桁架整体应变图表2-1 桁架杆件内力表ElementMF(N)1-10000.210000.30.17618E-094-14142. 50.23717E-096-20000.710000. 814142.90.10842E-0910-0.54210E-101120000. 12-20000.130.81315E-101420000. 15-0.27105E-1016
10、-20000.1710000.180.00001914142.2010000. 21-14142. 22-10000.230.0000退出系统 ANSYS Utility Menu: File Exit Save Everything OK2.4 本章小结通过对比手动理论计算的结果和ANSYS软件分析的结果，我们可以发现，在理论计算杆力为0的地方，ANSYS分析结果为极小的数值，两者相差并不大，这说明了在面对平面桁架结构这种问题时，理论计算的结果还是大体正确的，但是在面对更为复杂的问题时，我们就要求助于ANSYS等工程类软件的应用了。在这个平面桁架问题上，当我们运用ANSYS软件时，能够更加快速，更加精确地计算出问题的结果，并且误差小，而手动理论计算的误差更大，计算过程中也有可能出错，所以，熟练运用ANSYS软件解决工程问题，是我们必须学会的一项技能。3 实体模型分析3.1 模型材料与几何参数现已知一扇门，高度为2m，宽度为0.9m，厚度为0.05m，要求对于门铰链的位置进行优化分析，那么我们可以设定三组不同位置的门铰链位置数据进行对比，设
