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1、第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构第十七章第十七章 用用ANSYS计算平面杆件结构计算平面杆件结构 本章简要介绍大型通用有限元仿真分析软件ANSYS的功能、界面、和分析问题的基本步骤，并利用ANSYS软件计算平面杆件结构。 17.1 ANSYS软件简介软件简介 17.2 用用ANSYS软件计算举例软件计算举例 返回返回1用ANSYS软件计算平面杆件结构第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构第十七章第十七章 用用ANSYS计算平面杆件结构计算平面杆件结构返回返回 【学习要求】【学习要求】 1. 了解ANSYS软件的主要功能。 2. 掌握用ANSYS软件计算梁、刚架、桁架等平面杆件结构。2用A
2、NSYS软件计算平面杆件结构17.1 ANSYS软件简介软件简介目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件简介 ANSYS软件是由总部设在美国宾夕法尼亚州匹兹堡的世界CAE行业最著名的ANSYS公司开发研究的大型CAE仿真分析软件，是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水力、日用家电等一般工业及科学研究，是一个功能强大灵活的设计分析及优化软件包，可浮动运行于从PC机、NT工作站、UNIX工作站直至巨型机的各类计算机及操作系统中。
3、 ANSYS具有丰富的单元库，提供了对各种物理场量的分析功能。ANSYS的主要分析功能有：结构分析、热分析、高度非线性瞬态动力分析、流体动力学分析、电磁场分析、声学分析、压电分析、多场耦合分析等。 3用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件简介 在结构分析中，ANSYS可以进行线性及非线性结构静力分析、线性及非线性结构动力分析、线性及非线性屈曲分析、断裂力学分析、复合材料分析、疲劳分析及寿命估算、超弹性材料分析等，其中非线性包括几何非线性、材料非线性、接触非线性及单元非线性。 ANSYS软件具有强大的帮助功能，帮助系统包括所有的ANSYS命令
4、解释、所有的图形用户界面（GUI）解释和ANSYS系统分析指南，还包括为多个分析领域提供完整的循序渐进的ANSYS分析步骤的ANSYS在线教学系统。用户可以通过在应用菜单中选取Help、在ANSYS程序组中选取Help System和在任何对话框中选取Help三种方式进入ANSYS帮助系统。 4用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件简介 ANSYS分析包括三个阶段：前处理、求解和后处理。 前处理：前处理用于定义求解所需的数据。在前处理阶段用户可选择坐标系统和单元类型、定义实常数和材料类型、建立实体模型并对其进行网格剖分、控制结点和单元、以及
5、定义耦合和约束方程。 求解：前处理阶段完成后，就可以进入求解阶段获得分析结果了，在求解阶段中用户可以定义分析类型、分析选项、荷载数据和荷载步选项，然后开始有限元求解。 后处理：完成前处理和求解过程之后，在后处理阶段通过友好的用户界面可以很容易地获得求解过程的计算结果并对其进行运算。由于后处理阶段同前处理和求解阶段集成在一起，故求解结果已存于数据库且能立即查看。 5用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例17.2 ANSYS软件计算举例软件计算举例17.2 .1 ANSYS的用户界面的用户界面 ANSYS安装完成后，会生成一个程序组，其
6、中包含多个启动项，用户可用鼠标单击ANSYS程序组中的ANSYS Interactive 来运行ANSYS程序。在运行ANSYS程序之后，首先进入的是ANSYS设定窗口（如图），在该窗口中有以下几个选项需要设定： 6用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 Product selection： 选择ANSYS产品（ED版中此项不可选）。 Working directory: 选择ANSYS工作目录，ANSYS生成的所有文件都保存在此目录下。 Graphics device name： 如果配置了3D显示卡则选3D。 Intel job
7、name： 设定初始工作文件名。 for TotalWorkspace： 设定工作空间大小。 for Datebase: 设定数据库大小。 7用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 然后单击RUN按钮运行ANSYS，进入ANSYS图形用户界面（如图）。 8用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 如果在开始菜单中选择的是ANSYS，将采用上一次的设置，跳过此窗口，直接运行ANSYS。 ANSYS程序功能虽然强大，但它友好的图形用户界面及优秀的程序结构使其方便使用，图形用户界
8、面（GUI）由应用菜单、输入、工具条、主菜单、图形、输出六部分组成。 应用菜单（Utility Menu）：为下拉式结构，包含文件管理（File）、选择（Select）、显示（List）、绘图（Plot）、绘图控制（PlotCtrls）、工作平面设定（WorkPlane）、参数设置（Parameters）、宏管理（Macro）、菜单控制（MenuCtrls）、帮助（Help）菜单。 输入窗口：显示提示信息，输入ANSYS命令，还可从Log文件、已输入过的命令和输出文件中剪切和粘贴命令。 工具条：为了方便使用将常用命令制成的工具条。 9用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSY
9、S计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 主菜单：包含ANSYS主要功能，弹出式边菜单结构，分为前处理、求解、后处理等。 图形窗口：用来显示由ANSYS创建或传递到ANSYS的模型、分析结果等图形。 输出窗口（如图）：显示程序的文本输出。通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。10用ANSYS软件计算平面杆件结构 【例【例 17.1】 试用ANSYS软件计算图示悬臂梁，已知悬臂梁长l 2000 mm，横截面为边长a 60 mm的正方形，荷载F 400 N，材料的弹性模量E 2105 MPa。 目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例17.2 .2 计算举例计算举例
10、11用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例【解】【解】 1. 启动ANSYS，设定初始工作名为beam 2. 前处理 (1)设定分析模块 Main Menu：Preferences。 选择Structural。 单击OK按钮。 (2)创建基本模型：使用有两个关键点的直线模拟悬臂梁 Main Menu: PreprocessorModelineCreateKeypointsin Active CS。 输入关键点编号1，x、y、z坐标0，0，0。 单击Apply，输入关键点编号2，x、y、z坐标2000，0，0。 单击OK。12用ANS
11、YS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 Main Menu: PreprocessorModelineCreateLinesLinesStraight Line 选取两个关键点，在两个关键点之间划出一条直线。 在拾取对话框中单击OK按钮。 在工具条上单击 SAVE_DB，存储ANSYS数据库。 （3）设定单元类型及相应选项 Main Menu: PreprocessorElement TypeAdd/Edit/delete。 单击Add按钮。 在左边单元库列表中选择Beam，在右边单元列表中选择2D elastic（BEAM2D）。 单击O
12、K按钮，接收单元类型并关闭该对话框。 单击Close按钮，关闭单元类型对话框。 13用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (4) 定义单元常数 Main Menu: PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/delete。 单击Add 按钮。 单击OK按钮，打开BEAM3的实常数对话框。 在AREA框中输入3600、IZZ框中输入1080000、HEIGHT框中输入60。 单击OK按钮，关闭对话框。 单击Close按钮，关闭实常数对话框。 (5) 定义材料属性 Main Menu: Preprocess
13、orMaterial Props-Constant-Isotropic。 单击OK按钮，定义材料1，打开材料属性对话框。 在EX框中输入2e5（弹性模量）。 单击OK按钮，关闭对话框。 14用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (6) 保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beamgeom.db保存文件。 (7) 对模型划分网格 Main Menu: PreprocessorMeshTool 打开MeshTool对话框。 单击Mesh按钮，拾取图形窗口中的直线。 单击拾取对话框中OK
14、按钮。 单击MeshTool对话框中Close按钮。 (8) 保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beammesh.db保存文件。 15用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 3求解 (1) 施加荷载及约束 Main Menu: Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOn Node 拾取最左边结点，单击拾取对话框中OK按钮。 选择All DOF，单击对话框中OK按钮。 Main Menu: Solution-Loads-Apply-S
15、tructural-Force/MomentON Nodes 拾取最右边结点，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。 在施加结点荷载对话框中，选择FY，在VALUE框中输入400。 单击对话框中OK按钮。16用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (2) 保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beamload.db保存文件。 (3) 进行求解 Main Menu: Solution-Solv-Current LS。 查看窗口中的信息，然后选择FileClose。 单击OK按
16、钮，开始计算，当出现“Solution is done！”提示后，单击OK按钮关闭窗口。 4后处理 (1) 图形显示变形 Main Menu:General Postproc-Read Results-First Se t。 Main Menu:General PostprocPlot ResultsDeformed Shape 打开对话框，在此对话框中选择Def+undeformed，单击OK按钮。17用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 在图形窗口中可以看到悬臂梁变形后的图形（如图），在图形窗口右边可以看到标记为“DMX”的悬
17、臂梁B点的挠度为yB 4.938（单位为：mm）。 18用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (2) 列出反作用力 Main Menu:General PostprocList ResultsReaction Solu 打开对话框，在此对话框中选择All item，单击OK按钮，则出现一窗口显示约束反力（如图）。 19用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (3)列出各结点位移 Main Menu:General PostprocList ResultsNodal So
18、lution 打开对话框，在此对话框中选择All DOFS，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClose，关闭窗口。 5退出ANSYS 单击工具条Quit按钮，选择QuitNo Save！单击OK按钮。 20用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 【例【例 17.2】 试用ANSYS软件计算图示平面桁架，已知荷载F 50 kN，杆件的横截面面积A 0.2 m2，材料的弹性模量E 2.0105 MPa。 21用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平
19、面杆件结构ANSYS软件计算举例 【解】【解】 1. 启动ANSYS，设定初始工作名为link1 2. 前处理 （1）设定分析模块 Main Menu：Preferences。 选择Structural。 单击OK按钮。 （2）创建基本模型 Main Menu: PreprocessorModelineCreateKeypointsin Active CS。 输入关键点编号及其x、y、z坐标（按mm输入）。 单击Apply 输入下一个关键点编号及其x、y、z坐标。 12个关键点全部输入完毕后，单击OK。22用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS
20、软件计算举例 Main Menu: PreprocessorModelineCreateLinesLinesStraight Line 按图示桁架，选取不同的关键点，在关键点之间划出条直线。 在拾取对话框中单击OK按钮。 在工具条上单击 SAVE_DB，存储ANSYS数据库。 （3）设定单元类型及相应选项 Main Menu: PreprocessorElement TypeAdd/Edit/delete。 单击Add按钮。 在左边单元库列表中选择link，在右边单元列表中选择2D Spar。 单击OK按钮，接收单元类型并关闭该对话框。 单击Close按钮，关闭单元类型对话框。 23用ANSY
21、S软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (4) 定义单元常数 Main Menu: PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/delete。 单击Add 按钮。 单击OK按钮，打开link1的实常数对话框。 在AREA框中输入200000。 单击OK按钮，关闭对话框。 单击Close按钮，关闭实常数对话框。 (5) 定义材料属性 Main Menu: PreprocessorMaterial Props Material Models。 在对话框右侧窗口中选择StructuralLinearElasticIsotr
22、opic，定义材料1，打开材料属性对话框。 在EX框中输入2e5（弹性模量）。 单击OK按钮，关闭对话框。24用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (6) 保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名linkgeom.db保存文件。 (7) 对模型划分网格 Main Menu: PreprocessorModelineCreateNodesOn Kpoint 打开Create Node on KP对话框，单击Pick All按钮。 Main Menu: PreprocessorModeli
23、neCreateElementsAuto NumberedThru Nodes 打开Elements from Nodes对话框，依次选择单元的两个结点，并单击Apply按钮，最后单击OK按钮。 (8) 保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名linkelement.db保存文件。 25用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 3求解 (1) 施加荷载及约束 Main Menu: Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOn Node 拾取最
24、左边结点，单击拾取对话框中OK按钮。 选择All DOF，单击对话框中APPLY按钮。 Main Menu: Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOn Node 拾取最左边结点，单击拾取对话框中OK按钮。 选择UY，单击对话框中OK按钮。 Main Menu: Solution-Loads-Apply-Structural-Force/MomentON Nodes 拾取作用集中力的结点，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。 在施加结点荷载对话框中，选择FY，在VALUE框中输入50000.（单位：N）。 单击对话框中OK按钮。
25、26用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (2) 保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beamload.db保存文件。 (3) 进行求解 Main Menu: Solution-Solv-Current LS。 查看窗口中的信息，然后选择FileClose。 单击OK按钮，开始计算，当出现“Solution is done！”提示后，单击OK按钮关闭窗口。 4后处理 (1) 图形显示变形 Main Menu:General Postproc-Read Results-First S
26、e t。 Main Menu:General PostprocPlot ResultsDeformed Shape 打开对话框，在此对话框中选择Def+undeformed，单击OK按钮。 27用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 在图形窗口中可以看到桁架变形后的图形（如图）。 28用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (2) 列出反作用力 Main Menu:General PostprocList ResultsReaction Solu 打开对话框，在此对话框中
27、选择All item，单击OK按钮，则出现一窗口显示约束反力（单位：N）（如图）。 29用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (3)列出各结点位移 Main Menu:General PostprocList ResultsNodal Solution 打开对话框，在此对话框中选择All DOFS，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（单位：mm）（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClose，关闭窗口。 30用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例
28、 (4) 列出各单元轴力（单位：N）和应力（单位：MPa） Main Menu:General PostprocList ResultsElement Solution 打开对话框，在此对话框中选择LineElem results，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（单位：mm）（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClose，关闭窗口。 31用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 5退出ANSYS 单击工具条Quit按钮，选择QuitNo Save！单击OK按钮。 32用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录
29、第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 【例【例 17.3】 试用ANSYS软件计算图示平面刚架，已知荷载F 50 kN，q 50 kN/m，杆件的横截面面积A 0.2 m2，惯性矩I 0.15 m4，材料的弹性模量E 2.0105 MPa。 33用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 【解】【解】 1. 启动ANSYS，设定初始工作名为link1 2. 前处理 （1）设定分析模块 Main Menu：Preferences。 选择Structural。 单击OK按钮。 （2）创建基本模型 Main Menu:
30、 PreprocessorModelineCreateKeypointsin Active CS。 输入关键点编号及其x、y、z坐标（按m输入）。 单击Apply 输入下一个关键点编号及其x、y、z坐标。 10个关键点全部输入完毕后，单击OK。 Main Menu: PreprocessorModelineCreateLinesLinesStraight Line 按图示刚架，选取不同的关键点，在关键点之间划出条直线。 34用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 在拾取对话框中单击OK按钮。 在工具条上单击 SAVE_DB，存储AN
31、SYS数据库。 （3）设定单元类型及相应选项 Main Menu: PreprocessorElement TypeAdd/Edit/delete。 单击Add按钮。 在左边单元库列表中选择link，在右边单元列表中选择2D elastic 3。 单击OK按钮，接收单元类型并关闭该对话框。 单击Close按钮，关闭单元类型对话框。 (4) 定义单元常数 Main Menu: PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/delete。 单击Add 按钮。 单击OK按钮，打开beam3的实常数对话框。 在AREA框中输入0.2，在IZZ框中输入0.15。35用ANSYS软
32、件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (5) 定义材料属性 Main Menu: PreprocessorMaterial Props Material Models。 在对话框的右侧窗口中选择StructuralLinearElastic Isotropic，定义材料1，打开材料属性对话框。 在EX框中输入2e5（弹性模量）。 单击OK按钮，关闭对话框。 (6) 保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beamgeom.db保存文件。 (7) 对模型划分网格 Main Menu: Preproce
33、ssorModelineCreateNodesOn Kpoint 打开Create Node on KP对话框，单击Pick All按钮。36用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 Main Menu: PreprocessorModelineCreateElementsAuto NumberedThro Nodes 打开Elements from Nodes对话框，依次选择单元的两个结点，并单击Apply按钮，最后单击OK按钮。 (8) 保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beam
34、element.db保存文件。 3求解 (1) 施加荷载及约束 Main Menu: Solution-Loads-Apply-StructuralDisplacementOn Node 拾取1、4、7边结点，单击拾取对话框中OK按钮。 选择All DOF，单击对话框中APPLY按钮。 Main Menu: Solution-Loads-Apply-Structural Force /Moment ON Nodes 拾取2、3结点，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。37用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 在施加结
35、点荷载对话框中，选择FX，在VALUE框中输入50（单位：kN）。 Main Menu: Solution-Loads-Apply-StructuralForce/MomentON Nodes 拾取11结点，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。 在施加结点荷载对话框中，选择FY，在VALUE框中输入50（单位：kN）。 Main Menu: Solution-Loads-Apply-Structural PressureON beams 选取3、4、7、8单元，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。 在施加结点荷载对话框中的VALUE框中输入50（单位：kN/m）。
36、单击对话框中OK按钮。 (2) 保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beamload.db保存文件。38用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (3) 进行求解 Main Menu: Solution-Solv-Current LS。 查看窗口中的信息，然后选择FileClose。 单击OK按钮，开始计算，当出现“Solution is done！”提示后，单击OK按钮关闭窗口。 4后处理 (1) 图形显示变形 Main Menu:General Postproc-Read Resu
37、lts-First Se t。 Main Menu:General PostprocPlot ResultsDeformed Shape 打开对话框，在此对话框中选择Def+undeformed，单击OK按钮。 39用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 在图形窗口中可以看到刚架变形后的图形（如图）。 40用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (2) 列出反作用力 Main Menu:General PostprocList ResultsReaction Solu 打
38、开对话框，在此对话框中选择All item，单击OK按钮，则出现一窗口显示约束反力（单位：N）（如图）。 41用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 (3)列出各结点位移 Main Menu:General PostprocList ResultsNodal Solution 打开对话框，在此对话框中选择All DOFS，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（单位：mm）（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClose，关闭窗口。 42用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构
39、ANSYS软件计算举例 (4)列出各单元轴力（单位：N）和应力（单位：MPa） Main Menu:General PostprocList ResultsElement Solution 打开对话框，在此对话框中选择Nodal force data，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（单位：mm）（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClose，关闭窗口。 43用ANSYS软件计算平面杆件结构目录目录第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例 5退出ANSYS 单击工具条Quit按钮，选择QuitNo Save！单击OK按钮。 44用ANSYS软件计算平面杆件结构
