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梁結(jié)構(gòu)靜力有限元分析論文姓名： 班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：摘要：本文比較典型地介紹了如何用有限元分析工具分析梁結(jié)構(gòu)受到靜力時(shí)的應(yīng)力的分布狀態(tài)。我們遵循對(duì)梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析的方法，建立了一個(gè)完整的有限元分析過程。首先是建立好梁結(jié)構(gòu)模型，然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，接著進(jìn)行約束和加載，最后計(jì)算得出結(jié)論，輸出各種圖像供設(shè)計(jì)時(shí)參考。通過本文，我們對(duì)有限元法在現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用、使用方法有個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵字：ANSYS，梁結(jié)構(gòu)，有限元，靜力分析。0引言在現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)中，梁是運(yùn)用得比較多的一種結(jié)構(gòu)。梁結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)是受到復(fù)雜外力、力矩作用時(shí)，可以手動(dòng)計(jì)算應(yīng)力情況。手動(dòng)計(jì)算雖然方法簡單，但計(jì)算量大，不容易保證準(zhǔn)確性。相比而言，有限元分析方法借助計(jì)算機(jī)，計(jì)算精度高，且能保證準(zhǔn)確性。另外，有限元法分析梁結(jié)構(gòu)時(shí)，建模簡單，施加應(yīng)力和約束也相對(duì)容易，能分析梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀況的具體分布、最大變形量以及中性面位置，優(yōu)勢(shì)明顯。以下介紹一種常見梁的受力狀況，并采用有限元法進(jìn)行靜力分析，得出了與手動(dòng)計(jì)算基本吻合的結(jié)論。以下為此次分析對(duì)象。A-A截面rAAMM梁的截面形狀為梯形截面，各個(gè)截面尺寸相同。兩端受彎矩沿中性面發(fā)生彎曲，如圖2-1所示。試?yán)肁NSYS軟件對(duì)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)力分布情況。DBD,B52#面1#面CAC,A1 有限元模型的建立首先進(jìn)入ANSYS中，采用自下而上的建模方式，創(chuàng)建梁結(jié)構(gòu)有限元分析模型，同時(shí)定義模型的材料單元為Brick 8-node 45，彈性模量為200e9，泊松比為0.3。由于分析不需要定義實(shí)常數(shù)，因此可忽略提示，關(guān)閉Real Constants菜單。建立的切片模型如下：2 網(wǎng)格劃分顯示邊線，關(guān)閉背景。通過Meshtool工具對(duì)建立好的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。首先設(shè)定網(wǎng)格劃分參數(shù)，分別設(shè)置不同線條的網(wǎng)格劃分參數(shù)后，采用六面體單元?jiǎng)澐帜Ｐ途W(wǎng)格。在MeshTool菜單的Shape欄選擇Hex選項(xiàng)。在MeshTool下拉列表框中確保選中Volumes，保證實(shí)體通過體單元?jiǎng)澐?。單擊Mesh按鈕后，單擊拾取對(duì)話框中Pick All按鈕。劃分網(wǎng)格后的圖形如下：3.1施加約束對(duì)照實(shí)際受力情況，對(duì)1#面和2#面定義載荷和約束。首先定義1#面上關(guān)鍵點(diǎn)A的約束，其次定義1#面的面約束，接著定義1#面上AB線的約束。對(duì)于2#面，采取的定義約束的方法則有所不同。由于v方向邊界條件為空間函數(shù)，因此需要通過定義函數(shù)來定義約束。首先編輯函數(shù)，然后加載函數(shù)，最后在2面上定義函數(shù)邊界。最后定義CD線上的約束。3.2施加載荷并求解進(jìn)入求解器，檢查輸入無誤后，進(jìn)行以下操作求解。GUI: Main Menu Solution Solve Current LS4 查看分析結(jié)果（1） 查看等效應(yīng)力首先顯示等效應(yīng)力等值線圖,從右視圖上得知，最大等效應(yīng)力為147MPa，出現(xiàn)在對(duì)稱線的底部。（2） 查看環(huán)向應(yīng)力在ANSYS中，表示柱坐標(biāo)中的SY應(yīng)力，所以要顯示，需要將當(dāng)前坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到柱坐標(biāo)。首先設(shè)置結(jié)果文件輸出參數(shù)，以整體柱坐標(biāo)系輸出分析結(jié)果，然后在左側(cè)列表中選擇Stress，在右側(cè)列表中選擇Y-direction SY，單擊OK按鈕，得到環(huán)向應(yīng)力等值線圖。（3） 查看中性軸中性軸的位置就是值為零的位置，通過查看梁的中性軸可以簡單判斷分析結(jié)果是否合理。為了單獨(dú)顯示中性軸，首先調(diào)整一下顯示色彩，操作如下： GUI: Utility MenuPlotCtrlsStyleContoursUniform Contours上述設(shè)置使應(yīng)力為負(fù)和應(yīng)力為正的區(qū)域以不同的色彩顯示，即在0200MPa區(qū)域顯示紅色，在-200MPaGeneral PostprocPlot resultsNodal Solu在左側(cè)列表中選擇Stress，在右側(cè)列表中選擇X-direction SX，然后單擊OK按鈕。為了顯示方便，將顏色設(shè)置恢復(fù)原樣，操作如下：GUI: Utility MenuPlotCtrlsStyleContoursUniform Contours在Number of contours文本框中輸入9，在Contour Intervals選項(xiàng)組中選擇Auto calculated,單擊OK按鈕，即可得到徑向應(yīng)力等值線圖，從中可發(fā)現(xiàn)整個(gè)截面上的徑向應(yīng)力均為拉應(yīng)力。（5） 查看變形后圖形顯示變形后圖形的操作如下： GUI: Main MenuGeneral Postproc Plot ResultsDeformed ShapeDef+undeformed此時(shí)在圖形窗口中顯示出變形前后圖形，從圖中可知，最大位移DMX=0.2240e-4m。（6） 驗(yàn)證分析結(jié)果首先驗(yàn)證約束是否合理，是否滿足約束。這部分已經(jīng)在后處理部分得到驗(yàn)證。下面驗(yàn)證反作用力是否合理。首先列出反作用力，操作如下：GUI: Main MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solu在Item to be listed（被顯示項(xiàng)目）列表中選擇All struc forc F（所有結(jié)構(gòu)反作用力），然后單擊OK按鈕。由于模型沒有直接承受外力，所以平衡方程中合力應(yīng)該為零。徑向力（FX）大小為4.6N，接近零。通過更加精確地選擇rc可以將徑向力變得更小。周向合力FY和軸向合力FZ也非常小，但不為零，具體原因是FX不為零，因此結(jié)構(gòu)平衡方程是一個(gè)近似值。5 結(jié)論(1) 建模：熟悉了基本的建模操作，掌握了布爾減操作；掌握了如何通過Space Ratio控制網(wǎng)格細(xì)化參數(shù)；掌握了工作坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方法，能夠根據(jù)需要轉(zhuǎn)動(dòng)或者平移工作平面，了解節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的含義及其與整體坐標(biāo)系的關(guān)系。(2) 施加載荷和求解：掌握了通過函數(shù)定義模型邊界條件的方法，能夠根據(jù)不規(guī)則邊界定義相應(yīng)的函數(shù)。(3) 查看分析結(jié)果：掌握了顯示變形圖形和應(yīng)力等值線圖的操作，了解不同坐標(biāo)系下同一個(gè)參量的不同表達(dá)方式，如在柱坐標(biāo)中FY對(duì)應(yīng)的是環(huán)向應(yīng)力，而在笛卡兒坐標(biāo)系中則是y；能夠通過動(dòng)畫顯示參數(shù)的變化過程；掌握靜力分析問題基本的驗(yàn)證技巧，知道如何通過已知的數(shù)據(jù)及常識(shí)進(jìn)行簡單的判斷。 (4) 結(jié)論對(duì)梁結(jié)構(gòu)受靜力時(shí)的應(yīng)力有限元分析，不僅基本符合人工計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，而且在精度方面有一定優(yōu)勢(shì)。計(jì)算速度快，數(shù)據(jù)全面