桿件的案例
基于ANSYS WORKBENCH的簡單桿件分析
以下是一個基于workbench的簡單桿件力學分析：
第一步，通過草繪或者點，建立line concept；并通過設置sections，來設置不同桿件的界面；注意：為了可以改變兩個桿件之間的連接關系，此處沒有把兩個桿件組成在一個part里面：
第二步，進入mechanical，劃分網格；此處我設置了每個桿件劃分的單元個數，設置為1
第三步，設置兩個桿件的連接方式。因為兩個桿件的連接點在同一位置，在設置需要選擇桿件時，可隱藏其中一個，這樣能保證選擇到正確的兩個點。本例中我設置為球鉸連接
第四步，施加邊界條件。本例中我固定了兩個桿件的末端，在連接點施加了豎直方向的力：
第五步，設置需要的輸出結果并求解。本例輸出了一個總變形和兩個桿件上的軸向力：
展開 基于ANSYS WORKBENCH的桿件系統的熱應力分析
顯示截面形狀，得到的幾何模型如下圖
為便于后面的桿件識別，給這幾根桿件重命名
退出DM.
5. 設置桿件的屬性。
雙擊model，進入到mechnical中。
AB是剛體，沒有熱應變。
AD是鋼材，有熱應變。
BE是銅合金，有熱應變。
6.創建連接關系。
在D處創建AD桿和地面之間的轉動副。
在E處創建BE桿和地面之間的轉動副。
在C處創建AB桿和地面之間的轉動副。
在A處創建AB桿和AD桿之間的轉動副。
在B處創建AB桿和BE桿之間的轉動副。
創建的5個轉動副結果如下圖
7. 劃分網格。
設置5mm的單元長度，劃分網格。
8. 設置溫度載荷
對兩根桿件AD,BE加載升溫30度，達到52度。
9.求解。
10.后處理。
查看AD桿的軸力。
查看BE桿的軸力
可見，
AD桿軸力的相對計算誤差是：
（6.975-6.68）/6.68*100% = 4.4%
BE桿軸力的相對計算誤差是：
（10.7-10.39）/10.7*100% = 2.9%.
計算精度可以接受。
實際上，可以減少AD桿和BE桿的網格劃分份數，而增加AB桿的網格劃分份數。從而得到更高精度的計算結果。
此外，對于AB桿，設定大的橫截面積，會進一步提高計算精度。這應該是提高計算精度的較好的方法。
另外，如果能夠直接設置AB為剛性物體的話，這是提高精度的最好的辦法。
但是本文就不再贅述，更多的工作，留給朋友們去做吧。
展開 基于optistruct曲柄連桿機構多體動力學仿真及桿件形狀優化 ￥50
桿與桿連接地方設置轉鉸，創建相應的接觸，給曲柄也就是左側連桿作為驅動件，其角速度為50rad/s，分析機構在運動過程中所有桿件上的受力動態分布情況。
多體動力學運動結果動畫（提取運動過程中各桿件中最大應力變化）
初始模型
提取輸出節點力：
通過optistruct對四連桿機構進行形狀優化，通過hypermorph建立了相應的形狀變量，以各桿件在整個運動過程中的應力小于許可應力，并以質量最輕作為目標函數。
形狀優化結果動畫
以最后一個迭代步的結果作為最終的優化結果。查看形狀優化的結果后綴名為_des.h3d，多體動力學分析結果后綴名為.h3d。
展開 第二章 平面桿件結構有限元法
2.3
算例
圖2.4 軸向荷載作用下三個桿件示意圖
問題：如圖2.4所示，一個由三根桿組成的結構，被離散成三個桿單元，在節點4處施加一個軸向荷載P，在節點1、2處施加鉸接約束，各桿件的橫截面面積為A，彈性模量為E，求個桿件的位移和內力。顯然這個問題可以直接采用材料力學求解，但是在此小編想通過它來說明有限元法的一般求解過程。
【經典案例欣賞4】螺栓球節點或桿件受力分析
項目難點：
1、螺栓球節點處桿件與球節點的預制裝配連接；
2、考慮初始缺陷，拉壓滯回曲線嚴重非對稱；
3、精細建模。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
QQ技術交流群810454323。
SACS軟件單元計算長度修正指南：不再困惑Ly與Lz
在結構計算時，軟件自動給出的桿件有效長度（計算長度）有時并不符合實際情況，這就需要我們手動調整。但說到修改計算長度，很多人都會感到困惑：該改Ly還是Lz？為什么不用考慮Lx？Ly、Lz和Ky、Kz又是什么關系？
今天，我們就用最直白的語言，把這個問題講清楚。
一、為什么要修正計算長度？
簡單來說，計算長度決定了桿件有多“容易”被壓彎。
對于一根細長的桿子，兩端都被牢牢固定時，它相對很難被壓彎；但如果兩端可以自由轉動，就很容易被壓彎。計算長度就是把實際桿件等效成“兩端鉸接”桿的長度。
關鍵點：軟件默認的計算長度有時會出錯！
比如當一根桿被其他桿件打斷時：軟件會認為被打斷后的每一段都是獨立的桿件，但實際上，這些段在受力時是相互影響的
如果直接用軟件默認值，可能導致設計偏危險
比如下圖中桿件L22-L32被打斷時，此時SACS軟件默認為桿件L22-Z21和Z21-L32的計算長度為幾何長度，和實際不相符。
展開 材料力學筆記之拉伸和壓縮
三、強度條件
為了確保拉(壓)桿件不致因強度不足而破壞，其強度條件為桿件的最大工作應力不許超過材料的許用應力。
根據強度條件，可以解決下列三種強度計算問題：
(1)強度校核 已知荷載、桿件尺寸及材料的許用應力，檢驗桿件能否滿足強度條件。
(2)截面選擇 已知荷載及材料的許用應力，按強度條件選擇桿件的橫截面面積或尺寸，即確定桿件所需的最小橫截面面積。
(3)確定許用荷載 已知桿件的橫截面面積及材料的許用應力，確定許用荷載。
應力集中
由桿件截面驟然變化（或幾何外形局部不規則）而引起的局部應力驟增現象，稱為應力集中。
在桿件外形局部不規則處的最大局部應力σ max必須借助于彈性理論、計算力學或實驗應力分析的方法求得。在工程實際中，應力集中的程度用最大局部應力σ max與該截面上的名義應力σ nom（軸向拉壓時即為截面上的平均應力）的比值來表示，即
Kσ=σ max/σ nom
這一比值Kσ稱為理論應力集中因數，其下標σ表示是正應力。
在動荷載作用下，則不論是塑性材料，還是脆性材料制成的桿件，都應考慮應力集中的影響。試驗結果表明，截面尺寸改變的越急劇、角越尖、孔越小，應力集中的程度越嚴重。
來源： 碳纖維研習社
展開 大跨度輕鋼屋架吊裝參數設計與施工
27—3屋架上弦支撐桿件重1.263?t，下弦支撐桿件重0.808?t，兩榀屋架和上下弦支撐桿件總重5.648?t；型號GWJ?27—5A改的屋架上弦支撐桿件重4.066?t，下弦支撐桿件重1.853?t，兩榀屋架和上下弦支撐桿件總重11.684?t；型號為GWJ?27—5?B改的屋架上弦支撐桿件重3.702?t，下弦支撐桿件重2.589?t，兩榀屋架和上下弦支撐桿件總 重12.075?t。
本工程~/軸有4?m×4?m的基坑，其底標高為–1.700?m，~/軸有1?m×1?m短柱和柱腳螺栓，短柱頂標高為–0.500?m，跨內地坪標高約–0.500??m。
2?吊裝方案
本工程地處山坡風口處，常年吹東南風，且風力較大。施工時處于冬季，因晨霧較大導致能見度低，輕鋼屋架上易結露，構件表面濕滑。構件采用CO2氣體保護焊，在30?m高空焊接作業安全隱患大。因風大且濕度較大，難以保證焊接質量。 為減少高空作業，在現場的制作場集中制作輕鋼屋架，完成后用平板車運至車間內進行組裝，將兩榀屋架組裝為一個單元進行吊裝，屋架上下弦支撐桿件、屋面檁條等桿件焊接作業均在地面進行。
2.1?吊裝方法
由于建筑周邊有輔助設施，場地內有設備基礎等，屋架在車間內邊組裝邊吊裝，采用跨內吊裝，后向作業。
2.2?吊裝設備選擇
根據吊裝單元的重量和起重高度，采用1臺75?t輪胎式汽車式起重機進行吊裝。
2.3?吊裝參數確定
2.3.1?鋼絲繩長度計算
（1）將綁扎點設置在屋架上弦桿件中部，吊點位于吊裝單元中間位置，如圖1所示。
（a）
（b）
（c）
圖1?鋼絲繩計算
（a）立面圖；（b）平面圖；（c）鋼絲繩角度
（2）經計算，屋架吊裝時吊繩角度在0°~90°范圍內，隨角度增大而增長，為確保安全，起吊時鋼絲繩角度以60°為最佳。
展開 Python畫彎矩圖剪力圖(一)
/f2.png', dpi = 500) #保存圖片
plt.show()
再看一個多跨梁
彎矩圖注意事項：
正彎矩畫在桿件的下方，負彎矩畫在桿件的上方。
使桿件下部受拉的彎矩為正,上部受拉的彎矩為負。
彎矩圖畫在桿件纖維受拉的一側。
剪力圖注意事項：
正剪力畫在桿件的上方；
負剪力畫在桿件的下方；
使桿件截面順時針方向轉動的剪力為正剪力；
使桿件截面逆時針方向轉動的剪力為負剪力；
一般情況下，剪力與桿件所受外力的方向相反。
彎矩圖是一條表示桿件不同截面彎矩的曲線。這里所說的曲線是廣義的，它包括直線、折線和一般意義的曲線。彎矩圖是對構件彎矩的圖形表示，彎矩圖畫在受拉側，無須標正負號。
展開 結構分析_穩定與靜定判斷
這個桁架不穩定是因為它的1、2桿件無法傳遞豎向荷載，如果我取右側的隔離體，左側被切斷的桿件沒有豎向內力跟支座反力平衡。換言之，1、2桿件之間的這個平行四邊形會發生剛體形變。
這兩個平面框架都是穩定結構，左邊的超靜定次數是4，右邊的是7。
這個框架同樣是穩定結構，超靜定次數是99。我們可以用 #un 和 #eq 來計算超靜定次數，也可以用簡便方法，數格子的數量，每個格子的橫梁提供了3個額外約束，格子的數量乘以3，再減去缺失的約束的數量，就是總的超靜定次數。
這是個空間桁架的例子，穩定，靜定。
空間框架的例子。如果 A、B 兩點同時釋放了各自的3個方向的彎矩，則 AB 桿件可以繞著自己的長軸旋轉，所以結構是不穩定的。如果固定了 A 的扭矩，限制住 AB 桿件繞自己長軸的旋轉，則結構變為穩定結構，40次超靜定。或者，共有8根橫梁，每個橫梁提供了6個額外的約束，8乘以6等于48，再減去 A 釋放的2個約束、B 釋放的3個約束、右下角支座釋放的3個數月，就等于40個額外約束，也就是40次超靜定。
這是一個平面桁架-框架的混合結構。可以當作一個框架來處理，桁架桿件看作桿端彎矩釋放之后的框架桿件。注意，每個節點應該至少與一個桿件相連，否則作用在桿件上的彎矩無法傳遞。比如中央的下弦桿件，內力釋放是2個，而不是3個。如果與之相連的3個桿件的桿端彎矩都釋放了，作用在這個節點的外荷載彎矩就無法平衡了。
判斷穩定與否，是結構分析的第一步，至少在這門課程里是不接受不穩定結構的。
判斷靜定與否，是結構分析的第二部，決定了我們可以采用哪種方法來求解內力和變形。
接下來，我們將要關注的是靜定結構的內力求解。
展開 MATLAB實戰 | 平面桁架結構受力分析
這是一個包含13個未知數的線性方程組，利用MATLAB很容易求出桿件軸力向量f。
程序如下：
程序運行結果如下：
桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，當桿件受拉時，軸力為拉力，其指向背離截面；當桿件受壓時，軸力為壓力，其指向截面。答案中的正數表示拉力，負數表示壓力。
Abaqus霍普金森壓桿仿真插件：autoSHPB_V2.2 ￥58
1.2.總體功能
本插件涵蓋SHPB仿真全流程，建模除了包含撞擊桿-入射桿-透射桿和圓柱試樣外，還包含整形片和吸收桿，示例材料包含鋼材、鋁合金、銅，部分本構參數包含金屬線彈性、J-C塑性和J-C損傷、韌性損傷等，能輸出入射桿、透射桿件中間點位置的（工程）名義應變、真實應變、真實應力的時域曲線，主要功能如下：
①建模包含撞擊桿、整形片、入射桿、透射桿、吸收桿；
②在插件界面設置好參數后，一鍵全流程仿真，無需手動輔助，自動完成幾何-網格-材料-接觸設置-載荷-場輸出-歷史輸出等流程；
③可選擇桿件材料（鋼桿、鋁桿兩種可選）；
④可設置整形片（鋁、黃銅可選）；
⑤試樣為金屬塑性及損傷Johson-Cook本構，具備材料失效單元刪除；
⑥可設置端面有無摩擦力影響，研究摩擦力對試樣變形影響；
⑦云圖結果：位移、速度、柯西應力、Mises應力、（工程）名義應變、真實應變、等效塑性應變等；
⑧曲線結果：（工程）名義應變、真實應變、真實應力、端面摩擦力、端面接觸力等。
展開 支架的線性靜力分析 ￥19.89
一、問題描述
如下圖所示的支架，一端牢固地焊接在一個大型結構上，支架的圓孔中穿過一個相對較軟的桿件，圓孔和桿件用螺紋連接。材料的彈性模量E=21000MPa，泊松比μ=0.3。支架有以下兩種工況，如下圖所示。
1）桿件的一端受到沿Y軸負方向上的集中力F=2kN，其大小隨時間變化。除了上述載荷之外，支架的自由端還在局部區域上受到均布的剪力Ps=36MPa。
2）要求確定這兩種工況下支架撓度隨時間變化的情況，以及內圓角處的最大主應力。根據分析結果來改進設計，以減小應力集中。
二、建模要點
1) 此問題研究的是結構的靜態響應，所以分析步類型應為 Static,General。
2) 由于關心的是應力集中部位的應力狀態，所以在模型中使用C3D20R 單元（20 節點六面體二次縮減積分實體單元）。
3) 基于結構和載荷的對稱性，只作出 1/2 模型進行分析。
4) 由于圓孔處螺紋的應力應變狀態不是所關心的重點，可以簡化桿件和圓孔之間的連接關系，不對桿件和螺紋精確建模，而是在桿件一端的受力點和圓孔表面之間建立分布耦合約束(distributing coupling) 。
三、建模步驟
1. 建立模型：導入其他軟件已繪制好的部件，在“文件”-“導入”-“部件”
圖1 導入部件過程
由于工件的對稱性，沿對稱軸作原工件的1/2來進行分析
圖2 導入的部件
2. 創建材料和截面屬性
1）創建材料：創建名為Material-1的材料，設置楊氏模量為210000、泊松比為0.3。
展開 【系泊分析小品】半潛鉆井平臺橫撐的拖曳力線性化
因而半潛鉆井平臺需要兩部分模型：1傳統意義上的面源水動力模型；2Morrison桿件模型，這二者組成的水動力計算模型也成為混合模型。
在AQWA中，混合模型可以通過經典ANSYS來建立,具體步驟為：
1.定義單元，面單元為Shell63，管件為pipe59；
2.依據立柱、浮箱尺寸建立外殼；
3.建立pipe模型；
4.對外殼模型進行單元劃分；對桿件進行單元劃分，注意，桿件單元不宜過大，否則不能捕 捉波浪對桿件的影響；
5.輸出混合模型，在文本編輯器中對模型文件進行修改。
模型修改完成后進行常規計算時，AQWA僅考慮桿件的附加質量影響。我們知道，Morrison方程粘性力項是關于速度平方的，即：
Fd=CdρD/2|u|u，方程還可以表達為Fd=（Cd|u|）ρD/2 u
這就表明，該力是非線性的。在時域分析中，桿件的粘性力可以在各個時間步長內就行求解，但在頻域內，需要對Cd|u|項進行線性化處理，線性化處理的前提是要有給定的不規則波環境條件。
指定環境條件為Hs=3.0m，Tp=10s。
對平臺進行計算后比較升沉RAO如圖所示。可以發現，桿件對于升沉的阻尼作用還是較為明顯的。
前文已經說過，時域分析中可以完全考慮Morrison粘性力的作用，為何還要在頻域中進行計算？
從粘性載荷方程可以知道，不同海況下平臺運動速度不同，產生的阻尼作用也就不同。在設計階段，想要準確的掌握平臺運動性能，頻域運動分析是必不可少的。
另外，在立柱、浮箱中心軸線建立Morrison桿件，通過計算能夠估算出平臺大概的粘性阻尼，這些結果可以經過換算后對水動力模型就行阻尼修正，這對于后續的分析也非常有幫助。
展開 多桿連續體機構：構型與應用
上述應用建立在多桿連續體機構的兩條基本性質之上：① 彈性桿件的結構平等性：所有桿件對連續體形成彎曲變形的貢獻是相等的；② 反向可驅動性：通過彎曲連續體構節而使桿件產生位移輸出，這些輸出繼而可以用于驅動其他連續體構節。
從本文所述示例可見，多桿連續體機構具有許多獨特優勢，已可應用于多種實際的場合。增加構節中彈性桿件的數量可以在不降低構節彎曲能力的情況下，顯著提高多桿連續體機構的剛度、負載能力和可靠性。且冗余桿件的植入使得構節彎曲形狀在一定負載下仍接近圓弧，從而使得常曲率變形假設的應用范圍更加廣泛，這也使得多桿連續體機構的運動學模型簡潔，更易于控制實現。運動中，無須為桿件提供張緊力；構節受外力后，在桿件上產生的額外壓縮/拉伸力會被動的分布在所有桿件上，這提高了構節的負載能力。多桿連續體機構不再需要中心主桿，因此構節內部總可以留出通道，以供額外的工具或末端執行器通過。
來源：機械工程學報
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