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1、ANSYS 使用手册 教程 3 平面梁结构的内力计算- 29 -目目 录录、前前 言言- 、物理模型物理模型- 、有限元模型有限元模型-、计计算算结结果与分析果与分析-、结结 论论-、优优化化设计设计及及结结果分析果分析-、致致谢谢-八、八、 参考文献参考文献-ANSYS 使用手册 教程 3 平面梁结构的内力计算- 30 -一一 前言前言目前，在工程领域中应用最广泛的数值模拟方法是有限单元 法, 它不但可以解决固体力学及结构分析方面的问题, 而且应用 于传热学、流体力学、电磁学等领域, 其计算结果已成为各类工 业产品设计和性能分析的可靠依据, 广泛应用于航空航天、机械 制造、建筑设计、石油化工
2、等领域。 有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)是利用数学近 似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。利用简单 而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼 近无限未知量的真实系统。有限元方法是一种应用十分广泛的数 值分析方法，也是工程科学的重要工具，其重要性仅次于数学。 复杂的工程问题需要借助计算机得到满足一定精度要求的数 值结果。本次课设所采用的是 CAE 软件的 ANSYS 命令，它是 目前国际上应用最广泛的有限元软件。通过本次现代设计方法课程设计，学习有限元分析方法及 ANSYS 命令，了解并掌握利用 CAE 软件的 ANSYS 命令
3、进行连 杆，珩架，梁等的力学分析，将理论与实际工作结合，并最终达 到能够独立对梁，杆等进行有限元内力分析。本设计的研究对象 是一简支梁。ANSYS 使用手册 教程 3 平面梁结构的内力计算- 31 -二二 物理模型物理模型教程教程 3：平面梁结构的内力计算：平面梁结构的内力计算问题阐述问题阐述有一简支梁结构如图所示，其中， M=10KN.M，q=2KN/m，F=2KN。对该梁进行分析，画出弯矩 图和剪力图。(刘鸿文林编材料力学上册第 126 页例题 4.6)用材料力学计算所得剪力和弯矩图如下（以供对照）： 剪力图：ANSYS 使用手册 教程 3 平面梁结构的内力计算- 32 -弯矩图：有限元计
4、算说明有限元计算说明将梁划分为 16 个单元，17 个节点，用 BEAM3 来建立单元， 进行静力学分析。ANSYS 使用手册 教程 3 平面梁静力学分析- 33 -交互式的求解过程交互式的求解过程1 创建节点创建节点1.1创建梁的各个节点1Main Menu：PreprocessorModelingCreateNodeIn Active CS。 2在创建节点窗口内，在 NODE 后的编辑框内输 入节点号 1，并在 X，Y，Z 后的编辑框内输入 0，0，0 作为节点 1 的坐标值。 3按下该窗口内的 Apply 按钮。 4输入节点号 17，并在 X，Y，Z 后的编辑框内输 入 8，0，0 作为
5、节点 17 的坐标值。 5按下 OK 按钮。6Main Menu：Preprocessor-Modeling-CreateNodeFill between Nds。7在图形窗口内，用鼠标选择节点 1 和 17。 8按下 Fill between Nds 窗口内的 Apply 按钮。 9按下 OK 按钮，完成在节点 1 到节点 17 之间节 点的填充。1.2显示各个节点1Utility Menu：PlotctrlsNumberings2将 Node numbers 项设置为 On。3Utility Menu：PlotNodes4Utility Menu：ListNodes5对出现的窗口不做任何操
6、作，按下 OK 按钮。 6浏览节点信息后，关闭该信息窗口。2定义单元类型和材料特性定义单元类型和材料特性9ANSYS 使用手册 教程 3 平面梁静力学分析- 34 -2.1定义单元类型1Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete2按下 Element Type 窗口内的 Add 按钮。 3在单元类型库中，选择左侧列表中的 BEAM 单 元家族，及右侧列表中 2D elastic 3 类型。 4按下 OK 按钮完成选择。 5按下 Close 按钮关闭 Element Type 窗口。2.2定义材料特性1Main Menu：Preproces
7、sorMaterial PropsMaterial Models。2在材料定义窗口内选择：StructuralLinearElasticIsotropic。3在 EX 后的文本框内输入数值 207e5 作为弹性模 量。 4按下 OK 按钮完成定义。2.3定义几何参数1Main Menu：PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete。2按下 Real Constants 窗口内的 Add 按钮。45ANSYS 使用手册 教程 3 平面梁静力学分析- 35 -3按下 Real Constants for Element Type 窗口内的 OK 按钮。 4依次
8、输入 1，1，0.02088，0.5。 5按下 OK 按钮完成定义。 6按下 Real Constants 窗口内的 Close 按钮。3创建单元创建单元3.1创建单元1Main Menu：PreprocessorCreateElementsAuto-NumberedThru Nodes。2在图形窗口内，用鼠标点选节点 1 和 2。 3按下按下 OK 按钮完成单元 1 的定义。4Main Menu：PreprocessorModelCopyElementsAuto-Numbered。用光标选择单元 1，然后点 Apply。 5在 ITIME 后的编辑框内输入 16（包括被复制的 单元 1）作为
9、要复制的单元总数。 6按下按下 OK 按钮完成单元 2 到单元 16 的定义。3.2显示单元资料1Utility Menu：PlotCtrlsNumberings2在第一个下拉列表中，选择 Elements numbers 选项。3Utility Menu：PlotElementsANSYS 使用手册 教程 3 平面梁静力学分析- 36 -4Utility Menu：ListElementsNodes+Attributes5浏览单元信息后，关闭该窗口。4施加约束和载荷施加约束和载荷 4.1节点自由度约束 1Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructur
10、al Displacement On nodes。2用鼠标在图形窗口内选择节点 1。 3按下选择窗口内的 Apply 按钮。 4选择自由度 UX 和 UY，并在 VALUE 后为其输 入数值 0。 5按下 Apply 按钮。 6用鼠标在图形窗口内选择节点 13。 7按下选择窗口内的 Apply 按钮。 8选择自由度 UY，并在 VALUE 后为其输入数值 0。 9按下 OK 按钮。4.2施加载荷 4.2.1 施加节点 17 处的集中载荷 F。 1Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructuralForce/Moment On nodes。2用鼠标在图形
11、窗口内选择节点 17。 3按下选择窗口内的 Apply 按钮。445ANSYS 使用手册 教程 3 平面梁静力学分析- 37 -4在第一个下拉列表中选择 FY，并在下面的文本 框内输入其值-2（向上为 Y 轴正方向） 。 5按下 Apply 按钮。4.2.2 施加节点 9 处的弯矩 m。 1Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructuralForce/Moment On nodes。2用鼠标在图形窗口内选择节点 9。 3按下选择窗口内的 Apply 按钮。 4在第一个下拉列表中选择 MZ，并在下面的文本 框内输入其值-10（逆时针为正方向） （对照上面
12、第 4 步） 。 5按下 OK 按钮。4.2.3 施加单元 1 到单元 8 上的的分布载荷 q。 1Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructural Pressure On Beams。2用鼠标在图形窗口内选择单元 1 到单元 8。 3按下选择窗口内的 Apply 按钮。 4在 LKEY 后的文本框内输入数值 1。 5在 VALI 和 VALJ 后的编辑框内分别输入 2， 6按下 OK 按钮。4454 56ANSYS 使用手册 教程 3 平面梁静力学分析- 38 -5求解求解5.1定义分析类型 1Main Menu：Solution Anslysis
13、Type New Analysis。 2选中 Static 选项。 3按下 OK 按钮。5.2求解 1Main Menu：Solution SolveCurrent Ls。 2按下 OK 按钮关闭 Solve Current Load Step 窗口。3按下 Close 按钮关闭求解结束后出现的 Information 窗口。 4浏览/STATUS Command 窗口内的信息后，将其 关闭。6后处理后处理 6.1显示梁变形结果 1Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Nodal Solu. 选择 DOF Solution 下的
14、Displacement vector sum 2不改变对话框内的任何项，按下 OK 按钮。6.2建立单元结果表 6.2.1 创建单元表，计算节点弯矩。 1Main Menu：General PostprocElement ANSYS 使用手册 教程 3 平面梁静力学分析- 39 -TableDefine Table。2按下 Element Table Data 窗口内的 Add 按钮。 3在 Lab 后的文本框内输入 IMOMENT。 4在左侧列表中选择 By sequence num 项。 5右侧列表中选择 SMICS，项。 6在右侧列表下的文本框内输入 SMICS，6。 7按下 Apply 按钮。8在 Lab
