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1、力学与工程学院课程设计任务书课程大型工程分析软件及应用课程设计题目三维实体结构的分析专业姓名三维实体结构的分析一、问题描述图一所示为一工字钢梁，两端均为固定端，其截面尺寸为，L1. 0m, a0. 16m, b0. 2m, c0. 02m, d0. 03m。试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。其他已知参数如下：弹性模量（也称杨式模量）E= 206GPa ；泊松比 u0.3 ；图 1 工字钢结构示意图材料密度7800kg / m3 ；重力加速度 g 9.8m / s2 ；作用力 Fy 作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=5000N（向上）
2、GUI 方式：二、结果演示使用 ASSYS 12.0 软件对该工字钢梁进行结构静力分析，显示其位移云图。（一）单元类型、几何特性及材料特性定义1 定义单元类型。点击主菜单中的“PreprocessorElement Type Add/Edit/Delete ”，弹出对话框，点击对话框中的“ Add ”按钮， 又弹出一对话框，选中该对话框中的“ Solid ”和“ Brick 8node 45 ”选项，点击“ OK ”，关闭对话框， 返回至上一级对话框，此时，对话框中出现刚才选中的单元类型： Solid45 ，点击“ Close”，关闭对话框。注： Solid45 单元用于建立三图 2维实体结构
3、的有限元分析模型，该单元由个移动自由度。材料特性参数对话框8 个节点组成，每个节点具有X 、 Y 、 Z 方向的三2定义材料特性。 点击主菜单中的“ PreprocessorMaterial Props Material Models ”，弹出窗口如图2 所示，逐级双击右框中“Structural Linear Elastic Isotropic ”前图标，弹出下一级对话框，在“弹性模量”（EX ）文本框中输入：2.06e11，在“泊松比”（PRXY ）文本框中输入：0.3，如图 3 所示，点击“ OK ”按钮，回到上一级对话框，然后，双击右框图 3 材料特性对话框中的“ Density ”选
4、项，在弹出对话框的“DENS ”一栏中输入材料密度：7800，点击“ OK ”按钮关闭对话框。最后，点击窗口右上角“关闭”该窗口。（二）工字钢三维实体模型的建立1生成关键点。 图 4 所示的工字钢梁的横截面由12 个关键点连线而成，其各点坐标分图 4 节点生成参数输入对话框别为： 1（ -0.08,0,0）、2（ 0.08,0,0）、3（0.08,0.02,0）、4（ 0.015,0.02,0）、5（ 0.015,0.18,0 ）、6（0.08,0.18,0）、7（ 0.08,0.20,0 ）、8（ -0.08,0.20,0）、9（ -0.08,0.18,0）、10（ -0.015,0.18,
5、0 ）、11（ -0.015,0.02,0 ）、 12（ -0.08,0.02,0 ）。点击主菜单中的“ PreprocessorModelingCreate KeypointsIn Active CS ”，弹出对话框。在“ Keypoint number ”一栏中输入关键点号 1，在 “ XYZ Location ”一栏中输入关键点 1 的坐标（ -0.08，0，0），如图 4 所示，点击 “ Apply ”按钮，同理将212 点的坐标输入，此时，在显示窗口上显示所生成的12 个关键点的位置。2生成直线。点击主菜单中的“ PreprocessorModelingCreate Lines Li
6、nesStraightLine ”，弹出关键点选择对话框，依次点选关键点 1、 2，点击“ Apply ”按钮，即可生成第一条直线。同理，分别点击 2、 3；3、 4； 4、5； 5、 6；6、 7；7、 8； 8、 9； 9、 10； 10、11； 11、 12； 12、1可生成其余11 条直线。生成后的组成工字钢梁横截面的直线如图5 所示。3生成平面。点击主菜单中的“ PreprocessorModelingCreate AreasArbitraryByLines ”，弹出 “直线选择 ”对话框， 依次点选112 直线，点击“ OK ”按钮关闭对话框，即可生成工字钢的横截图 5 生成直线显
7、示面。4生成三维实体。点击主菜单中的“PreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAlong Normal ”，弹出平面选择对话框，点选上一步骤生成的平面，点击“ OK”按钮。之后弹出另一对话框，在“ DIST ”一栏中输入： 1（工字钢梁的长度），其他保留缺省设置，点击 OK 按钮关闭对话框，即可生成工字钢梁的三维实体模型。如图6 所示。图 6 工字钢梁三维实体模型（三）网络划分1设定单元大小。 点击主菜单中的 “PreprocessorMeshingMeshTool” , 弹出对话框，在“ Size Control”标签中的Global一栏点击Set 按钮
8、，弹出“网格尺寸设置”对话框，在 SIZE 一栏中输入： 0.02 ，其他保留缺省设置，点击OK按钮关闭对话框。2接着上一步，在图35 的划分网格的对话框中，选中单选框“Hex”和“ Sweep”，其他保留缺省设置， 然后点击 “ Sweep”按钮，弹出体选择对话框，点选 34 中的工字钢梁实体，并点击 OK按钮，即可完成对整个实体结构的网格划分，其结果如7 所示。（四）施加载荷1施加位移约束。点击主菜单的“ PreprecessorLoadsDefineLoadsApplyStructuaralDisplacemengtOn Areas ”，弹出面选择对话框，点击该工字图 7 划分网格后的工
9、字钢梁模型梁的左端面，点击“OK”按钮，弹出对话框如图8 所示，选择右上列表框中的“All DOF”，并点击“OK”按钮，即可完成对左端面的位移约束，相当于梁的固定端。同理，对工字钢的右端面进行固定端约束。2施加分布力（Fy）载荷。（ 1）选择施力节点。点击应用菜单中的“ SelectEntities.”，弹出对话框，在第一个列表框中选择“ Nodes”选项，第二个列表框中选择 “ By Location ”选项，选中“ Zcoordinates ”单选框，并在“ Min,Max ”参数的文本框中输入： 0.5 （表示选择工字钢梁沿的中间横截面上的所有节点），其他参数保留缺省设置，点击“ Ap
10、ply ”按钮完成选择。点击“Plot ”按钮，在显示窗口上显示出工字钢梁中间横截面上的所有节点。然后，在图 37 所示对话框中选中“Ycoordinates”单选框，在“ Min,Max ”参数文本框中输入： 0.2 （表示工字钢梁的上表面），选中“ Reselect ”（表示在现有活动节点即上述选择的中间横截面中， 再选择 y 坐标等于0.2 的节点为活动节点）单选框，其他参数保留缺省设置，然后依次点击“ Apply ” 和“ Plot ”按钮，即可在显示窗口上显示出工字钢梁上表面沿长度方向中线处的一组节点，这组节点即为施力节点。（ 2）施加载荷。点击主菜单中的“ Preprocessor
11、LoadsDefine图 8 网格划分对话框LoadsApplyStructuralForce/MomentOnLoads ”，弹出“节点选择”对话框，点击“Pick All”按钮，即可选中（1）中所选择的这组需要施力的节点， 之后弹出另一个对话框，在该对话框中的 “ Directionof force/mom ”一项中选择：“ FY, 在 Force/moment value”一项中输入：-5000 （注：负号表示力的方向与Y 的方向相反），其他保留缺省装置，如图所示，然后点击“OK”按钮关闭对话框，这样，通过在该组节点上施加与Y 向相反的作用力，就可以模拟该实训中所要求的分布力Fy =-5
12、000N 。（ 3）恢复选择所有节点。在求解之前必须选择所有已创建的对象为活动对象（如点、线、面、体、单元等） ，否则求解会出错。 因此，点击应用菜单中的 “ SelectEverything ”，即可完成该项工作。需要注意的是， 此时显示窗口仅显示施力节点及作用力的方向箭头。若要显示整个工字钢梁的网络模型，可点击应用菜单中的“PlotElements”即可。3施加重力载荷。点击主菜单中的“PreprocessorLoadsDefineLoadsApplyStructuralInertiaGravity” , 在弹出对话框的“ACELY”一栏中输入：9.8（表示沿Y 方向的重力加速度为9.8m/s ，系统会自动利用密度等参数进行分析计算），其他保留缺省设置，点击“OK”关闭对话框。到此为止，有限元分析的前置处理部分已经结束。（五）求解点击主菜单中的“SolutionSolveCurrent LS”，在弹出对话框中点击“OK”按钮，开始进行分析求解。分析完成后，又弹出一信息窗口提示用户已完成求解，点击“Close ”按钮关闭对话框即可。至于在求解时产生的STATUS Command窗口，点击“FileClose”关闭即可。说明：到此为止，有限元分析的求解部分已经结束。
