【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算

引言:iSolver為一個完全自主的通用結(jié)構(gòu)有限元軟件,對標(biāo)國際主流結(jié)構(gòu)CAE商業(yè)軟件Abaqus、Ansys、Nastran,支持結(jié)構(gòu)分析的常用功能,線性及材料非線性的精度和Abaqus沒有誤差,效率和Abaqus相當(dāng), iSolver自帶友好的三維可視化前后處理界面,也可作為一個輕量化插件集成到Abaqus/FEMAP或者自主軟件中。本帖以兩個典型結(jié)構(gòu)力學(xué)算例為考題,將iSolver求解器和Abaqus、ansys計算結(jié)果進行對比,驗證iSolver的B33單元求解的可靠性。

1 算例:排架

1.1 問題描述

有如下所示的排架,立柱高度為6.00m,橫梁的長度為12.00m,左側(cè)立柱受水平向的均布荷載,荷載集度為20kN/m。其中,立柱與橫梁之間鉸接,立柱與基礎(chǔ)固結(jié)。求該結(jié)構(gòu)在荷載作用下的彎矩。

2.png

本考題為結(jié)構(gòu)力學(xué)課本中的習(xí)題,原題中未給出各個桿件截面、材料的具體參數(shù),只有相對量。為了方便通用求解器求解,現(xiàn)在假設(shè)桿件截面均為0.6m×0.6m矩形截面,材料彈性模量為1.00E10Pa,泊松比為0.3。

于是,截面面積A=0.6*0.6=0.36m2,截面慣性矩I=0.6*0.63/12=0.0108m4.

兩根立柱承受彎矩和剪力,橫桿與立柱鉸接,且橫桿只承受軸力。因此,兩根立柱使用梁單元,橫桿使用桿單元,此時立柱和橫桿之間的鉸接可以自然滿足。

有限元模型如下:

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖2

1ansys建模

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖3

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖4

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖5

2Abaqus 建模

由于結(jié)構(gòu)十分簡單,可以直接在abaqus中建模,也可以從ansys中導(dǎo)入后稍加修改。

但要注意:

a、在property模塊中立柱采用梁截面,其截面1軸方向設(shè)置為(0,0,-1);截面方向的設(shè)置可能對結(jié)果正負(fù)號有影響;

b、在step模塊的場輸出中,勾選SF項(為了輸出桿系單元截面內(nèi)力);

c、在mesh模塊中,將兩根立柱單元改成B33(歐拉梁單元);且橫桿件采用桁架單元。

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖6【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖7

Step模塊中的注意勾選的項目


1.2彎矩計算結(jié)果

1.2.1 ansys 計算結(jié)果

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖8

1.2.2 abaqus計算結(jié)果

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖9

1.2.3 iSolver計算結(jié)果

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖10

最大最小彎矩數(shù)值對比


M_max(×105N*m)

M_min(×104N*m)

結(jié)構(gòu)力學(xué)計算

2.253

1.259

ANSYS

2.253

1.259

Abaqus

2.253

1.264

iSolver

2.253

1.260

注:1abaqus中,圖例顯示的最大最小彎矩的數(shù)值有效位數(shù)較少,可以在后處理模塊Report菜單中以指定數(shù)值精度將結(jié)果輸出到文本文件中。

2本例如果采用ansys導(dǎo)入模型,那么最大最小彎矩正好在節(jié)點12處。

3不同軟件的規(guī)定不一樣,導(dǎo)致結(jié)果的正負(fù)號不完全一致,以及彎矩圖的方向也不完全一致。

2 算例二:無鉸拱

2.1 問題描述

有如下所示的圓形無鉸拱,拱圈半徑為2500.0mm。拱為截面為圓形,直徑為200.0mm。拱材料彈性模量為3.00e4MPa,密度為2.45e-9t/mm3。求該結(jié)構(gòu)在自重作用下的彎矩(重力加速度取g=9800mm/s2)。

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖11


本算例的梁為曲梁,采用以直代曲模擬,等長度劃分歐拉梁單元,共計100個單元。

有限元模型如下:

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖12

結(jié)構(gòu)較簡單,以下粘出ansys命令流供參考

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖13

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖14

2.2 彎矩計算結(jié)果

2.2.1 Ansys計算結(jié)果

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖15

2.2.2 Abaqus計算結(jié)果

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖16

2.2.3 iSolver計算結(jié)果

【iSolver案例分享26】歐拉梁單元彎矩計算的圖17

最大最小彎矩數(shù)值對比


M_max(×105N*m)

M_min(×105N*m)

ANSYS

5.086

2.229

Abaqus

5.092

2.228

iSolver

5.086

2.227

3 結(jié)論

在以上兩道典型結(jié)構(gòu)力學(xué)算例上iSolver求解器abaqusansys結(jié)果基本一致可見iSolver軟件在上述問題求解中有足夠的精度。

4 iSolver軟件免費下載地址

iSolver為免費軟件,且無license限制,最新版免費下載地址如下:

http://www.yqgqt.org.cn/content/post/337351

以往iSolver案例

1 篇: 橋梁的模態(tài)分析案例

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