經(jīng)典仿真案例教程 | 01 - 分布荷載的應用

介紹

本教程的目的是解釋如何應用分布式荷載和使用圖元表提取數(shù)據(jù)。分布荷載為1000N/m（1N/mm）將施加在矩形截面實心鋼梁上，如下圖所示。梁的橫截面為10mm×10mm，而鋼的彈性模量為200GPa。

 

預處理：定義問題

1、打開預處理器菜單 

     /PREP7

2、給例子一個標題

工具菜單>文件>更改標題

Utility Menu > File > Change Title ...  

/title, Distributed Loading

3、創(chuàng)建關鍵點

活動CS中的預處理器>建模>創(chuàng)建>關鍵點>

Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS

K、 #，x，y

我們將為該結構定義2個關鍵點（梁頂點），如下表所示：

4、定義線條

預處理器>建模>創(chuàng)建>直線>直線

Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > Straight Line

五十、 K#，K#

在關鍵點1和關鍵點2之間創(chuàng)建一條直線。

5、定義單元類型

預處理程序>單元類型>添加/編輯/刪除

Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete...

對于這個問題，我們將使用BEAM3單元。此單元有3個自由度（沿X和Y軸的平移和圍繞Z軸的旋轉）。BEAM3單元只有3個自由度，只能用于二維分析。

6、定義實常數(shù)

預處理器>實常量>添加

Preprocessor > Real Constants... > Add...

 

在“BEAM3的實常數(shù)（'Real Constants for BEAM3）”窗口中，輸入以下幾何屬性：

1、 截面積：100

2、面積慣性矩IZZ:833.333

3、梁總高：10

（i. Cross-sectional area AREA: 100

ii. Area Moment of Inertia IZZ: 833.333

 iii. Total beam height HEIGHT: 10 ）

這定義了一個實體矩形截面為10mm x 10mm的單元。

 7、定義單元材質(zhì)屬性

預處理器>材質(zhì)屬性>材質(zhì)模型>結構>線性>彈性>各向同性

Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > Linear > Elastic > Isotropic

在出現(xiàn)的窗口中，輸入以下鋼的幾何特性：

1、楊氏模量（Young's modulus EX）EX:200000

2、泊松比PRXY（Poisson's Ratio PRXY）:0.3

8、定義網(wǎng)格大小

預處理器>網(wǎng)格劃分>大小控制>手動大小>線>所有線

Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > All Lines...

在本例中，我們將使用長度為100mm的元素。

9、將框架網(wǎng)格化 

預處理程序>網(wǎng)格>網(wǎng)格>線>單擊“全部拾取”

Preprocessor > Meshing > Mesh > Lines > click 'Pick All'

10、繪圖元素

工具菜單>繪圖>元素

Utility Menu > Plot > Elements

還可以打開元素編號，并關閉“關鍵點編號實用程序”菜單>“繪圖控件”>“編號…”Utility Menu > PlotCtrls > Numbering

 

解決方案階段：分配荷載和求解

1、定義分析類型

解決方案>分析類型>新建分析>靜態(tài)

Solution > Analysis Type > New Analysis > Static

ANTYPE，0

 2、應用約束

解決方案>定義載荷>應用>結構>位移>關鍵點

Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Keypoints

鎖定關鍵點1（即UX和UY約束）并在y方向固定關鍵點2（UY約束）。

3、施加荷載

我們將在梁的整個長度上施加1000 N/m或1 N/mm的分布荷載。

{選擇解決方案>定義荷載>應用>結構>壓力>梁{單擊“應用F/M”窗口中的“全部拾取”。

{ 如下圖所示，在“VALI Pressure value at node I”字段中輸入值1，然后單擊“確定”。

{ Select Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Beams

{ Click 'Pick All' in the 'Apply F/M' window.

{ As shown in the following figure, enter a value of 1 in the field 'VALI Pressure value at node I'

then click 'OK'.

 

應用的載荷和約束現(xiàn)在應該如下圖所示。

 

注： 

若要在每次選擇“Replot”時顯示約束和載荷，必須更改一些設置。

選擇“繪圖工具”>“繪圖工具…”（Utility Menu > PlotCtrls > Symbols）在出現(xiàn)的窗口中，在“表面荷載符號”部分的下拉菜單中選擇“壓力”。

4解決系統(tǒng)問題

解決方案>求解>當前（LSSolution > Solve > Current LS） 

SOLVE

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后處理：查看結果

1繪制變形形狀

常規(guī)后處理>繪圖結果>變形形狀

General Postproc > Plot Results > Deformed Shape

PLDISP.2

 

2繪圖主應力分布 

強調(diào)元素如圖中所示的元素，我們用元素表表示。

> 選擇General Postproc>Element Table>Define Table

>   單擊“添加…add”

> 在出現(xiàn)的窗口中

a、 在“項目的用戶標簽”部分輸入“SMAXI”

b、 在“結果數(shù)據(jù)項”部分的第一個窗口中，向下滾動并選擇“按序列號”

c、 在同一部分的第二個窗口中，選擇“NMISC”

d、 在第三個窗口中，在逗號后的任意位置輸入“1”

>   單擊“應用”

>   重復步驟2至4，但在步驟3a中將“SMAXI”更改為“SMAXJ”，在步驟3d中將“1”更改為“3”。

>  單擊“確定”。“Element Table Data”窗口現(xiàn)在應該有兩個變量。

>   在“元素表數(shù)據(jù)（'Element Table Data）”窗口中單擊“關閉”。

> 選擇：General Postproc>Plot Results>Line Elem Res。。。

> 從“LabI”下拉菜單中選擇“SMAXI”，從“LabJ”下拉菜單中選擇“SMAXJ”。注意：

{ ANSYS只能計算單元上某一位置的應力。對于這個例子，我們決定從每個元素的I和J節(jié)點提取應力。這些是位于每個元素末端的節(jié)點。

{ 對于這個問題，我們需要元素的主應力。對于BEAM3元素，這被分類為NMISC，“I”節(jié)點為1，“J”節(jié)點為3。可以在ANSYS幫助文件中找到每個元素的可用代碼列表。（即在ANSYS輸入窗口中鍵入help BEAM3）。

如下圖所示，最大應力出現(xiàn)在梁的中間，值為750MPa。

  

 

解決方案的命令文件模式

上面的例子是用ANSYS的圖形用戶界面（GUI）和命令語言界面相結合來解決的。打開文件并將其保存到計算機。現(xiàn)在轉到“文件>從…讀取輸入（File > Read input from...）”，然后選擇該文件。

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