第5例杆系结构的静力学分析实例平面桁架

1、第5例 杆系结构的静力学分析实例平面桁架本例提示 介绍了利用ANSYS求解杆系结构的方法、步骤和过程。5.1 概述实际结构都是空间结构，所承受的载荷也是空间的。但是如果结构具有某种特殊形状，所承受的载荷具有特殊的性质，就可以将空间问题简化为杆系结构问题、平面问题等。这样处理后，计算工作量大大减少，而所得结果仍可满足精度要求。图 5-1 平面桁架所谓杆系结构指的是由长度远远大于其它方向尺寸（10:1）的构件组成的结构，如连续梁、桁架、刚架等。当结构承受不随时间变化的载荷作用时，分析其位移、应变、应力和力，需要进行静力学分析。ANSYS静力学分析的步骤如下：5.1.1 前处理进行有限元模型的创建。

2、5.1.2 求解静力学分析所施加的载荷类型有：外部施加的集中力和压力；稳态的惯性力（如重力和离心力）；位移载荷；温度载荷。5.1.3 后处理静力学分析的结果包括结构的位移、应变、应力和反作用力等，一般是使用POST1（普通后处理器）来查看这些结果。5.2 问题描述及解析解图5-1所示为一平面桁架，长度L=0.1 m，各杆横截面面积均为A=110-4 m2，力P=2000 N，计算各杆的轴向力Fa、轴向应力a。根据静力平衡条件，很容易计算出各杆的轴向力Fa、轴向应力a，如表5-1所示。表5-1 各杆的轴向力和轴向应力杆轴向力Fa(N)轴向应力a(Mpa)10001001000100-1414.2

3、-141.400-1414.2-141.4图 5-2 过滤界面对话框5.3 分析步骤5.3.1 过滤界面图 5-3 单元类型对话框拾取菜单Main MenuPreferences。弹出的图5-2所示的对话框，选中“Structural”项，单击“Ok” 按钮。5.3.2 创建单元类型拾取菜单Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete。弹出的图5-3所示的对话框，单击“Add”按钮；弹出的图5-4所示的对话框，在左侧列表中选“Structural Beam”，在右侧列表中选“2D elastic 3”， 单击“Ok” 按钮；返回到图5-3所示

4、的对话框，单击图5-3所示的对话框的“Close”按钮。5.3.3 定义实常数拾取菜单Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete。在弹出的“Real Constants”对话框中单击“Add”按钮，再单击随后弹出的对话框的“Ok” 按钮，弹出图5-5所示的对话框，在“AREA” 文本框中输入1E-4，单击“Ok” 按钮。关闭“Real Constants”对话框。图 5-4 单元类型库对话框图 5-5 设置实常数对话框图 5-6 材料模型对话框5.3.4 定义材料特性图 5-7 材料特性对话框拾取菜单Main MenuPreproces

5、sorMaterial PropsMaterial Models。弹出图5-6所示的对话框，在右侧列表中依次双击“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出的图5-7所示的对话框，在“EX”文本框中输入2e11（弹性模量），在“PRXY” 文本框中输入0.3（泊松比），单击“Ok” 按钮，然后关闭图5-6所示的对话框。5.3.5 创建节点拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateNodesIn Active CS。弹出的图5-8所示的对话框，在“NODE”文本框中输入1，在“X,Y,Z”文本框中分别输入0,0,

6、0，单击“Apply” 按钮；在“NODE”文本框中输入2，在“X,Y,Z”文本框中分别输入0.1,0,0，单击“Apply” 按钮；在“NODE”文本框中输入3，在“X,Y,Z”文本框中分别输入0.2,0,0，单击“Apply” 按钮；在“NODE”文本框中输入4，在“X,Y,Z”文本框中分别输入0.1,0.1,0，单击“Ok”按钮。图 5-8 创建节点对话框5.3.6 显示节点号、单元号拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsNumbering。在弹出的“Plot Numbering Controls”对话框，将节点号和单元号打开，单击“Ok” 按钮。5.3.7 创建单元拾取菜单

7、Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru Nodes。弹出拾取窗口，拾取节点1和2，单击拾取窗口的“Apply” 按钮，于是在节点1和2之间创建了一个单元。重复以上过程，在节点2和3、1和4、2和4、3和4间分别创建单元。最后关闭拾取窗口。5.3.8 施加约束拾取菜单Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes。弹出拾取窗口，拾取节点1，单击“Ok” 按钮，弹出的图5-9所示的对话框，在列表中选择“UX”、“UY”，单击“Apply

8、” 按钮。再次弹出拾取窗口，拾取节点3，单击“Ok” 按图 5-9 施加约束对话框钮，在图5-9所示对话框的列表中选择“UY”，单击“Ok” 按钮。5.3.9 施加载荷图 5-10 在节点施加力载荷对话框拾取菜单Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes。弹出拾取窗口，拾取节点4，单击“Ok” 按钮，弹出图5-10所示的对话框，选择“Lab”为“FY”，在“VALUE”文本框中输入-2000，单击“Ok” 按钮。5.3.10 求解拾取菜单Main MenuSolutionSolveCurrent LS。单击“

9、Solve Current Load Step”对话框的“Ok”按钮。出现“Solution is done！”提示时，求解结束，即可查看结果了。5.3.11 定义单元表拾取菜单Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table。弹出“Element Table Data”对话框，单击“Add”按钮，弹出的图5-11所示的对话框，在“Lab”文本框中输入FA，在“Item,Comp”两个列表中分别选“By sequence num”、“SMISC,”，在右侧列表下方文本框中输入SMISC,1，单击“Apply” 按钮，于是定义了单元表“FA”，

10、该单元表保存了各单元的轴向力；再在“Lab”文本框中输入SA，在“Item,Comp”两个列表中分别选“By sequence num”、“LS,”，在右侧列表下方文本框中输入LS,1，单击“Ok” 按钮，于是又定义了单元表“SA”，图 5-11 定义单元表对话框该单元表保存了各单元的轴向应力。关闭“Element Table Data”对话框。图 5-12 列表单元表数据对话框5.3.12 列表单元表数据拾取菜单Main MenuGeneral PostprocElement TableList Elem Table。弹出图5-12所示的对话框，在列表中选择“FA”、“SA”，单击“Ok” 按钮。结果如图5-13所示。与表5-1对照，二者完全一致。5.4 命令流：/CLEAR/FILNAME, EXAMPLE5L=0.1A=1e-4图 5-13 结果列表/PREP7ET,1,BEAM3R,1,AMP,EX,1,2E11MP,PRXY,1,0.3N,1N,2,LN,3,2*LN,4,L,LE,1,2E,2,3E,1,4E,2,4E,3,4FINISH图 5-14 习题1示意图/SOLUD,1,UXD,1,UYD,3,UYF,4,FY,-2000SOLVEFINISH/POST1ETABLE,FA,SMISC,1ETABLE,SA,LS,1P