【ANSYS算例】8.4(1)及8.4(2)-升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI)及命令流

【ANSYS算例】8.4(1)升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI)一个由两根铜杆以及一根钢杆组成的支撑结构，见图8-8(a)；三杆的横截面积都为A=0.1in2，三杆的端头由一个刚性梁连接，整个支撑结构在装配后承受一个力载荷以及升温的作用，分析构件的受力状况。模型中的各项参数如表8-5所示(a)三杆支撑结构(b)计算模型图8-8三杆支撑结构的受力以及计算模型表8-5三杆结构的模型参数材料参数载荷铜的弹性模量：16×106psi铜的热膨胀系数：92×10-7in/in·°Q=4000lb钢的弹性模量：30×106psi钢的热膨胀系数：70×10-7in/in·°ΔT=10解答：计算模型如图8-8(b)所示。采用2D的计算模型，使用杆单元2-DSpar(orTruss)Elements(\o"LINK1description"LINK1)来进行建模，假设杆的长度为20in，杆的间距为10in，设定一个参考温度(700F)，三杆连接的刚性梁采用约束方程来进行等效。建模的要点：⑴首先定义分析类型并选取单元，输入实常数；⑵建立对应几何模型，并赋予相应的单元类型所对应的编号值，采用耦合方程来进行刚性梁连接的等效⑶在后处理中，用命令<*GET>来提取其计算分析结果(频率)；⑷通过命令<*GET>来提取构件的应力值。最后将计算结果与参考文献所给出的解析结果进行比较，见表8-6。表8-6ANSYS模型与文献的解析结果的比较构件的应力/psiReference8.4(1)的结果ANSYS结果两种结果之比钢杆的应力19695.19695.1.000铜杆的应力10152.10152.1.000Reference8.4(1):TimoshenkoS.StrengthofMaterial,PartI,ElementaryTheoryandProblems!3rdEdition!NewYork:D.VanNostrandCo.,Inc.,1955,30给出的基于图形界面的交互式操作(stepbystep)过程如下。(1)进入ANSYS程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory（设置工作目录）→Initialjobname(设置工作文件名):LinkswithTemperature→Run→OK(2)设置计算类型ANSYSMainMenu:Preferences…→Structural→OK(3)定义单元类型ANSYSMainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→link:2dspar1→OK（返回到ElementTypes窗口）→Close(4)定义实常数ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants…→Add…→Type1LINK1→OK→RealConstantsSetNo.:1,AREA:0.1→Close(关闭RealConstants窗口)(5)定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Isotropic→EX:16E6(弹性模量),PRXY:0(泊松比)→OK(返回DefineMaterialModelBehavior窗口)→Structural→Thermalexpansion→SecantCoefficient→Isotropic→Alpx:92E-7→OK(返回DefineMaterialModelBehavior窗口)→Material→Newmodel→Structural→Linear→Isotropic→EX:30E6,PRXY:0→OK(→返回DefineMaterialModelBehavior窗口)→Structural→Thermalexpansion→SecantCoefficient→Isotropic→Alpx:70E-7→OK→Close（关闭材料定义窗口）(6)设定初始温度ANSYSMainMenu:Preprocessor→Loads→DefineLoads→Settings→ReferenceTemp→TREF:70→OK(7)构造分析模型生成节点ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Nodes→InActiveCS→Nodenumber:1,X,Y,ZLocationinactiveCS:-10，0，0Apply→依次输入3号节点(10，0，0)、4号节点(-10，-20，0)与6号节点(10，-20，0)ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Nodes→FillbetweenNds→用鼠标单击1、3两个节点→OK→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Nodes→FillbetweenNds→用鼠标单击4、6两个节点→OK→OK生成元素并分配材料类型、实常数ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Elements→ElemAttributes→MAT,1，TYPE,1LINK1，REAL,1→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Elements→AutoNumbered→ThruNodes→点击1，4号节点→Apply→点击3，6号节点→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Elements→ElemAttributes→MAT:2;TYPE:1LINK1;REAL:1→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Elements→AutoNumbered→ThruNodes→点击2，5号节点→OK(8)模型加约束ANSYSMainMenu:Preprocessor→Coupling/Ceqn→CoupleDOFs：点击4，5，6三个节点→OK→NSET:1，Lab:UY→OKANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→DisplacementOnNodes→选取1，2，3号节点→OK→Lab2:ALLDOF→OK(9)施加载荷ANSYSMainMenu:Preprocessor→Loads→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnNodes→点击5号节点→OK→Lab：FY,Value:-4000→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Loads→DefineLoads→Apply→Structural→Other→Fluence→UniformFluen→BFUNIF：80(10)计算分析ANSYSMainMenu:Preprocessor→Loads→LoadStepOpts→OutputCtrls→SoluPrintout→Item:Basicquantities,FREQ:EveryNthStep,ValueofN:1,→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Loads→LoadStepOpts→OutputCtrls→SoluPrintout→Item:ElemNodalLoads,FREQ:EveryNthStep,ValueofN:1,→OKANSYSMainMenu:Solution→AnalysisType→NewAnalysis→Static→OKANSYSMainMenu:Solution→AnalysisType→Sol'nControls→Basic→Numberofsubsteps:1ANSYSMainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK→Yes→Close(11)计算结果ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable→Add…→Lab:Strs_St,Item:BySequencenumber右侧选项选择LS，下侧输入LS，1→Apply→Add…→LabStrs_Co,Item:BySequencenumber右侧选项选择LS，下侧输入LS，1→观察钢杆、铜杆各自应力ANSYSUtilityMenu:List→Elements→Nodes+Attributes查看各个元素的材料分配（MAT=2代表钢铁）ANSYSUtilityMenu:Parameters→GetScalarData…→Typeofdatatoberetrieved:Resultsdata;Elemtabledata→OK→Nameofparameterstobedefined:STRSS_ST;ElementnumberN:STEEL_E;Elemtabledatatoberetrieved:STRS_ST→OKANSYSUtilityMenu:Parameters→GetScalarData…→Typeofdatatoberetrieved:Resultsdata;Elemtabledata→OK→Nameofparameterstobedefined:STRSS_CO;ElementnumberN:COPPER_E;Elemtabledatatoberetrieved:STRS_CO→OKANSYSUtilityMenu:List→Status→Parameters→AllParameters(12)退出系统ANSYSUtilityMenu:File→Exit→SaveEverything→OK【ANSYS算例】8.4(2)升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(命令流)针对【ANSYS算例】8.4(1)的GUI操作，提供完整的命令流。解答：提供的命令流如下。!%%%%%%[ANSYS算例]8.4(2)%%%%begin%%%%/PREP7!进入前处理ANTYPE,STATIC!设置静力分析SET,1,LINK1!选取单元类型1(杆)R,1,.1!设定实常数MP,EX,1,16E6!定义1号材料的弹性模量(铜)MP,ALPX,1,92E-7!定义1号材料的热膨胀系数(铜)MP,EX,2,30E6!定义1号材料的弹性模量(钢)MP,ALPX,2,70E-7!定义1号材料的热膨胀系数(钢)TREF,70!定义参考温度N,1,-10!生成节点1N,3,10!生成节点3FILL!在1号节点与3号节点之间进行填充生成(即生成2号节点)N,4,-10,-20!生成节点4N,6,10,-20!生成节点6FILL!在4号节点与6号节点之间进行填充生成(即生成5号节点)E,1,4!由节点1及4生成单元E,3,6!由节点3及6生成单元MAT,2!设定材料类型2E,2,5!由节点2及5生成单元CP,1,UY,5,4,6!在节点4,5,6之间建立耦合方程D,1,ALL,,,3!对节点1,2,3施加所有固定的位移约束F,5,FY,-4000!对节点5施加FY=-4000的力BFUNIF,TEMP,80!施加一个均匀温度载荷80(为参考温度+10)FINISH!前处理结束/SOLU!进入求解模块OUTPR,BASIC,1!计算结果的输出设置，就1步加载下的基本力学量进行输出OUTPR,NLOAD,1!计算结果的输出设置，就1步加载下的单元节点载荷进行输出NSUBST,1!设定载荷子步的数量，1步SOLVE!求解FINIS