ansys剪力和彎矩
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-08
ansys剪力和彎矩的視頻教程
ansys剪力和彎矩的實例教程
根據(jù)材料力學(xué)的知識，我們可以繪制出該模型的剪力和彎矩圖如下：
下面使用ANSYS Workbench繪制剪力和彎矩圖：
ANSYS的梁單元
在ANSYS較早的單元中，如Beam4單元，采用主自由度的原理，為經(jīng)典梁理論下的單元，忽略剪切變形，使用了平截面假設(shè)，所以只能得到類似平均的截面彎曲應(yīng)力；較新的單元中，如Beam189為鐵摩辛柯梁單元，采用相對自由度的原理，考慮剪切變形，計算撓度和截面轉(zhuǎn)動時根據(jù)截面剛度矩陣各自獨立插值，截面應(yīng)力和變形都是真實的。
目前Workbench中，默認(rèn)的梁單元為Beam188（低階）和Beam189（高階）梁單元，在ANSYS經(jīng)典中，一些比較舊的梁單元，如Beam4單元也只能通過命令流來建立使用了。
使用ANSYS求解該問題時，我們從以下幾個方面入手：
1. 確定分析類型：根據(jù)例題所示結(jié)構(gòu)，確定分析類型為靜力學(xué)分析；
2. 確定單元類型：該結(jié)構(gòu)為梁結(jié)構(gòu)，結(jié)果需要輸出彎矩圖和剪力圖，因此分析時使用Beam單元；
Step1
梁模型建模
根據(jù)例題中提供的梁模型尺寸，我們在SCDM中建立梁模型。建模時應(yīng)注意把受力位置和受力點建出來，方便我們施加載荷。
由于我們只需要計算該模型的剪力和彎矩，因此截面形狀及大小對結(jié)果沒有影響，所以我們可以隨便為該模型賦予一個截面。本例中筆者使用軟件默認(rèn)的圓形截面，最后使用Share命令對梁模型進(jìn)行幾何拓?fù)涔蚕碓O(shè)置。建立好的梁模型如下圖所示。
展開 劉鴻文版《材料力學(xué)》、孫訓(xùn)方版《材料力學(xué)》，還有《結(jié)構(gòu)力學(xué)》中都對梁的內(nèi)力的正負(fù)有自己一套的規(guī)則，但是發(fā)現(xiàn)剪力和彎矩正負(fù)的規(guī)定與ANSYS中正負(fù)的規(guī)定是不一樣的，那么ANSYS是如何規(guī)定剪力和彎矩的正負(fù)的呢？
一、問題描述
AC梁和CD梁通過鉸接連接，其中長度a =1 m，梁的直徑0.02 m，彈性模量E= 200 GPa，泊松比μ = 0.3。在B點受力偶距的作用，在C點受集中力的作用，F(xiàn) = 20N。利用ANSYS計算，練習(xí)梁與梁鉸接的處理方法，并畫剪力圖和彎矩圖，研究剪力圖和彎矩圖的正負(fù)規(guī)定。
圖1 梁與梁鉸接連接的力學(xué)分析
二、問題分析
鉸鏈傳力不傳力偶矩，與鉸相連的兩橫截面上，彎矩M = 0，剪力FS不一定為零。
用BEAM188梁單元建模。在A點約束UY、UZ、ROTX和ROTY，在D點全約束。
AC梁的A、B和C點的分別建立關(guān)鍵點1、2和3，1和2連線生成L1，2和3連線生成L2，L1和L2共用關(guān)鍵點2，幾何體是連續(xù)的，劃分網(wǎng)格后節(jié)點也是連續(xù)的；CD梁的C和D點的分別建立關(guān)鍵點分別4和5，4和5連續(xù)生成L3。由于L2和L3在C點不共用關(guān)鍵點，導(dǎo)致幾何體是不連續(xù)的，AC梁和CD梁劃分網(wǎng)格后，節(jié)點在C位置處會有2個節(jié)點，AC梁在C點的節(jié)點號為12，CD梁在C點的節(jié)點號為22。AC梁和CD梁在C點的節(jié)點分別是節(jié)點12和22，節(jié)點不共用，不能傳遞載荷。為了在C點能夠傳遞傳力而不傳遞力偶矩，可通過耦合這兩個節(jié)點的平動自由度實現(xiàn)。
鉸鏈連接兩根梁的GUI操作路徑：Main Menu>Preprocessor> Coupling / Ceqn> Couple DOFs。
展開 如何使用Workbench平臺獲取梁桿內(nèi)力圖
技術(shù)鄰ID：tanghui13 網(wǎng)名：圓周率
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Ansys可通過beam188和beam189單元對梁系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，經(jīng)典界面中要獲得梁的內(nèi)力可通過Etable命令定義單元表即可獲得一系列內(nèi)力，如軸力、剪力和彎矩。若用戶使用workbench平臺對梁系結(jié)構(gòu)分析時該如何獲得梁的內(nèi)力？本文將通過一個簡單的懸臂梁案例向大家展示。
1、首先通過design model概念建模建立一根長度為100mm的梁。如圖1：
圖1 通過design model建立梁模型
2、導(dǎo)入mechanical施加邊界條件，一端固定，一端施加100N集中力載荷。見圖2：
圖2施加邊界條件
3、求解后獲得懸臂梁內(nèi)力:
1）、右鍵單擊model，插入construction gemotry（見圖3）
2）、右鍵單擊construction gemotry，插入path（見圖3）
3）、在details of path的path type中選擇Edge，并選中懸臂梁的線體。默認(rèn)的path名稱為“path”（見圖4）
4）、右鍵單擊Solution—Insert—beam results—shear moment diagram,在path一欄中選擇我們剛才建立的path（見圖5）
5）、評估結(jié)果后即可得到懸臂梁內(nèi)力。（見圖6）
圖3
圖4
圖5
圖6
展開 如果是線性問題，那么Nastran和Abaqus的精度誤差主要體現(xiàn)在單元算法、邊界處理、MPC約束關(guān)系等，在2017年第二篇：S4殼單元質(zhì)量矩陣研究文章中我們就曾經(jīng)分析過Abaqus的S4殼單元和Nastran的Quad4殼單元質(zhì)量矩陣的內(nèi)部實現(xiàn)方式和差異，在這里主要研究Abaqus、iSolver與Nastran梁單元差異，由于這三款軟件的梁單元的差異較多，我們分幾篇文章來說明，本篇是Abaqus、iSolver和Nastran梁差異（3）-剪力和彎矩。
1.1 剪力和彎矩
只有理解了Abaqus、iSolver和Nastran的梁單元的截面方向后，才能更好的理解和截面方向相關(guān)的物理量，剪力和彎矩的計算就是其中一個重要的應(yīng)用。
梁的剪力和彎矩都是針對梁內(nèi)部而言的，對有限元來說具體點就是積分點上的值。如果是一根梁的簡單加載問題，剪力必然與外力相等，而彎矩由力矩平衡就可得到，也就是說剪力和彎矩的大小很容易求出來，難的是剪力和彎矩的方向的確定。
1.2 材料力學(xué)中規(guī)定的方向
剪力和彎矩正方向怎么規(guī)定的，剪力和彎矩表示的是梁的特定一點的值，這個點的取法有兩種，譬如下面例子（圖a），可以取梁的左端（圖b），也可以取右端（圖c），那么另外一半對該點的剪力和彎矩的符號恰好相反：
所以在材料力學(xué)的理論中，剪力和彎矩的定義是取梁的這個點附近的一小段，如下：
取梁的一段，剪力如果導(dǎo)致梁順時針旋轉(zhuǎn)，那么為正，彎矩如果導(dǎo)致梁上部受壓，那么為正。
展開 其實在workbench中原理和classi一樣，也是通過建立結(jié)構(gòu)面，投影結(jié)果并積分求解而來，依然以前文的懸臂梁為例來簡單說明。
第一步：建立該懸臂梁，并求解，如下。
第二步，在我們需要查看內(nèi)力截面位置處建立局部坐標(biāo)系，這里我們建立中間位置處截面，如下所示：
第三步，建立求解面。選擇Model,可以在工具欄中選中construction geometry，插入surface，坐標(biāo)系選擇我們剛才建立的坐標(biāo)系。
第四步，提取各個應(yīng)力，也即是投影節(jié)點應(yīng)力到我們的面上。選擇我們需要投影的節(jié)點力，點擊worksheet,然后在表格中右鍵 create user defined results.這兒我們提取SXZ和SZ，來獲取我們Y方向剪力和Z方向軸力。
第五步，觀察應(yīng)力，并計算內(nèi)力。
注意提取的時候要注意選擇SURFACE。
SXZ應(yīng)力分布：
SZ應(yīng)力分布：
我們這個截面的最終內(nèi)力也即是 該截面的平均應(yīng)力乘以我們的面積。
比如：
剪力
FY=66667*0.3*0.5N=10KN
這是與理論結(jié)果較為符合的。
細(xì)心的小伙伴可能會發(fā)現(xiàn)，為什么這里只說了WORKBENCH獲取軸力和剪力的方法，彎矩怎么獲取呢？
因為水哥也還不知道~~~場面一度十分尷尬。有興趣的歡迎可以一起研究討論哦~~~
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1 概述
本系列文章研究成熟的有限元理論基礎(chǔ)及在商用有限元軟件的實現(xiàn)方式，通過
（1） 基礎(chǔ)理論
（2） 商軟操作
（3） 自編程序
三者結(jié)合的方式將復(fù)雜繁瑣的結(jié)構(gòu)有限元理論通過簡單直觀的方式展現(xiàn)出來，同時深層次的學(xué)習(xí)有限元理論和商業(yè)軟件的內(nèi)部實現(xiàn)原理。
有限元的理論發(fā)展了幾十年已經(jīng)相當(dāng)成熟，商用有限元軟件同樣也是采用這些成熟的有限元理論
我們以材料力學(xué)書上例4-9為例，講解下使用ANSYS Workbench繪制剪力和彎矩圖。
劉鴻文版《材料力學(xué)》、孫訓(xùn)方版《材料力學(xué)》，還有《結(jié)構(gòu)力學(xué)》中都對梁的內(nèi)力的正負(fù)有自己一套的規(guī)則，但是發(fā)現(xiàn)剪力和彎矩正負(fù)的規(guī)定與ANSYS中正負(fù)的規(guī)定是不一樣的，那么ANSYS是如何規(guī)定剪力和彎矩的正負(fù)的呢？
一、問題描述
AC梁和CD梁通過鉸接連接，其中長度a =1 m，梁的直徑0.02 m，彈性模量E= 200 GPa，泊松比μ = 0.3。
其實在workbench中原理和classi一樣，也是通過建立結(jié)構(gòu)面，投影結(jié)果并積分求解而來，依然以前文的懸臂梁為例來簡單說明。
第一步：建立該懸臂梁，并求解，如下。
第二步，在我們需要查看內(nèi)力截面位置處建立局部坐標(biāo)系，這里我們建立中間位置處截面，如下所示：
第三步，建立求解面。選擇Model,可以在工具欄中選中construction geometry，插入surface，
如何使用Workbench平臺獲取梁桿內(nèi)力圖
技術(shù)鄰ID：tanghui13 網(wǎng)名：圓周率
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Ansys可通過beam188和beam189單元對梁系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，經(jīng)典界面中要獲得梁的內(nèi)力可通過Etable命令定義單元表即可獲得一系列內(nèi)力，如軸力、剪力和彎矩。若用戶使用
