平面梁結構的內力計算

1、成 績 評 定 表學生姓名班級學號專 業(yè)機械設計制造及其自動化課程設計題目平面梁結構的內力計算評語組長簽字：成績日期 20 年 月 日課程設計任務書學 院機械工程學院專 業(yè)機械設計制造及其自動化學生姓名班級學號課程設計題目平面梁結構的內力計算實踐教學要求與任務:一、1.平面連桿的靜力學分析；2.超靜定桁架有限元計算，溫度應力的有限元計算和環(huán)的溫度應力的有限元計算；3.平面梁結構的內力計算；4.空間梁的靜力學分析；5.壓力容器的靜力學分析；6.機翼模型的模態(tài)分析；7.壓桿穩(wěn)定臨界載荷計算；8.過盈配合與拔銷接觸分析；9.輪子的靜力學分析；10.軸承座的有限元分析。二、通過調研在工廠，企業(yè)或科研單

2、位進行工程實踐的基礎上?；蚪Y合老師的科研課題，針對具體工程實例，應用ANSYS軟件進行有限元分析計算，也可參考材料力學，彈性力學或機械設計中的問題或習題，如有限元ANSYS練習上機指南附錄中的題目進行分析計算。工作計劃與進度安排:一、學習CAE軟件ANSYS（28學時）第1次上機（4學時）做有限元ANSYS上機練習指南中習題1；第2次上機（4學時）做有限元ANSYS上機練習指南中習題2；第3次上機（4學時）做有限元ANSYS上機練習指南中習題3,4；第4次上機（4學時）做有限元ANSYS上機練習指南中習題5,6,7；第5次上機（4學時）做有限元ANSYS上機練習指南中習題8；第6次上機（4學時

3、）做有限元ANSYS上機練習指南中習題9；第7次上機（4學時）做有限元ANSYS上機練習指南中習題10；二、自擬題目上機（第8次上機，4學時）注：該部分練習需要上機4學時，如果課內上機時間不夠，學生可利用課后業(yè)余時間完成，課程實訓說明書撰寫不占用課內時間，由學生自行安排時間完成。指導教師： 2014年 月 日專業(yè)負責人： 2014年 月 日學院教學副院長： 2014 年 月 日有限元課程設計前言有限元分析的基本概念是用簡單的問題代替復雜的問題后在求解，他將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域構成，對每一單元假定一個合適的（較簡單的）近似解，然后推導求解這個域的總得滿足的條件(如結構的平衡

4、條件)，從而得到問題的解，這個解不是準確解，而是近似解。因實際問題被較簡單的問題取代。由于大多數(shù)問題無法得到準確的解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種不同的形狀。因而成為行之有效的因而成為行之有效的工程分析手段 有限元是那些集合在一起能夠表示實際連續(xù)域的離散單元，有限元的概念早在幾個世紀前就己產生并得到了應用，例如用多邊形（有限個直線單元）逼近圓來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應用于航空器的結構強度計算，并由于其方便性、實用性和有效性而引起從平力學研究的科學家的濃厚興趣。經過短短數(shù)十年的努力，隨著計算機技術的快速發(fā)展和普及，有限元方法

5、迅速從結構工程強度分析計算擴展到幾乎所有的科學技術領域，成為一種豐富多彩、應用廣泛并且實用高效的數(shù)值分析方法。 有限元方法與其他求解邊值問題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性僅限于相對小的子域中。20世紀60年代初首次提出結構力學計算有限元概念的克拉夫(CClough)教授形象地將其描繪為:“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函數(shù)”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一種局部化情況。限元法將函數(shù)定義在簡單幾何形狀的單元域上，且不考慮整個定義域的復雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之一。隨著市場競爭的加劇，產品更新周期愈來愈短，企業(yè)對新技術的需求更加迫切，而有限值模擬

6、技術是提升產品質量、縮短設計周期、提高產品競爭力的一項有效手段，所以，計算機技術和計算方法的發(fā)展，有限元法在工程設計和科研領域得到了越來越廣泛的重己經成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，從汽車到航天飛機幾乎所有的設計制造都己離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能源和科學研究等各個領域的廣泛使用已使水平發(fā)生了質的飛躍。目錄一、 前言. 0二、 平面梁結構的靜力學分析 21. 問題闡述 22. 物理參數(shù)與幾何參數(shù). 2三、 交互式的求解過程. 31. 創(chuàng)建節(jié)點. 32. 定義單元類型和材料特性. 43. 創(chuàng)建單元. 54.

7、施加約束和載荷. 55. 求解. . 76. 后處理. . 87. 退出程序. . 11四、 參考文獻. . 12平面梁結構的內力計算問題闡述：一簡支梁結構，M=10KN M,F=10KN,Q=10KN/M。B=0.1M，梁高H=0.2M梁長L=3M.該梁進行分析，畫出彎矩圖和剪力圖。用材料力學計算所得剪力和彎矩圖如下：本題是將梁劃分為6個單元，7個節(jié)點，采用基于歐拉梁理論（材料力學）的2維平面梁單元BEAM3模擬實際結構，進行靜力學分析。創(chuàng)建節(jié)點1.1創(chuàng)建梁的各個節(jié)點給梁的各參數(shù)賦值: Utility Menu：ParametersScalar Parameters界面，在Selection

8、下輸入梁高H=0.2按下Accept；輸入梁寬B=0.1Accept；梁長L=3Accept；計算梁的橫截面積AREA=B*HAccept；計算梁的截面慣性矩IZZ=B*H*H*H/12Accept；然后定義載荷：彎矩M=10000Accept；集中力F=-10000Accept；均布載荷Q= 10000Accept；Close.Main Menu：PreprocessorModelingCreateNodeIn Active CS。在創(chuàng)建節(jié)點窗口內，在NODE后的編輯框內輸入節(jié)點號1，并在X，Y，Z后的編輯框內輸入0，0，0作為節(jié)點1的坐標值。按下該窗口內的Apply按鈕。輸入節(jié)點號7，并在

9、X，Y，Z后的編輯框內輸入L，0，0作為節(jié)點7的坐標值。按下OK按鈕。Main Menu：Preprocessor-Modeling-CreateNodeFill between Nds。在圖形窗口內，用鼠標選擇節(jié)點1和7。按下Fill between Nods窗口內的Apply按鈕。按下OK按鈕，完成在節(jié)點1到節(jié)點7之間節(jié)點的填充。1.2顯示各個節(jié)點Utility Menu：PlotctrlsNumberings將Node numbers項設置為On。Utility Menu：PlotNodesUtility Menu：ListNodes對出現(xiàn)的窗口不做任何操作，按下OK按鈕。瀏覽節(jié)點信息后

10、，關閉該信息窗口。2定義單元類型、材料特性和梁的橫截面幾何參數(shù)2.1定義單元類型Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete按下Element Type窗口內的Add按鈕。在單元類型庫中，選擇左側列表中的BEAM單元家族，及右側列表中2D elastic 3類型。按下OK按鈕完成選擇。按下Close按鈕關閉Element Type窗口。2.2定義材料特性Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models。在材料定義窗口內選擇：StructuralLinearElasticIsotropic

11、。在EX后的文本框內輸入數(shù)值2.06e11作為彈性模量。按下OK按鈕完成定義。2.3定義梁的橫截面幾何參數(shù)Main Menu：PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete。按下Real Constants窗口內的Add按鈕。按下Real Constants for Element Type窗口內的OK按鈕。依次輸入1,AREA,IZZ,H。按下OK按鈕完成定義。按下Real Constants窗口內的Close按鈕。3創(chuàng)建單元3.1創(chuàng)建單元Main Menu：PreprocessorCreateElementsAuto-NumberedThru Nodes

12、。在圖形窗口內，用鼠標點選節(jié)點1和2。按下按下OK按鈕完成單元1的定義。Main Menu：PreprocessorModelingCopyElementsAuto-Numbered。用光標選擇單元1，然后點Apply。在ITIME后的編輯框內輸入6（包括被復制的單元1）作為要復制的單元總數(shù)。按下OK按鈕完成單元2到單元10的定義。3.2顯示單元信息Utility Menu：PlotCtrlsNumberings在第一個下拉列表中，選擇Elements numbers選項。Utility Menu：PlotElementsUtility Menu：ListElementsNodes+Attri

13、butes瀏覽單元信息后，關閉該窗口。4施加約束和載荷4.1節(jié)點自由度約束Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructural Displacement On nodes。用鼠標在圖形窗口內選擇節(jié)點1。按下選擇窗口內的Apply按鈕。選擇自由度UX和UY，并在VALUE后為其輸入數(shù)值0。按下Apply按鈕。用鼠標在圖形窗口內選擇節(jié)點5。按下選擇窗口內的Apply按鈕。選擇自由度UY，并在VALUE后為其輸入數(shù)值0。按下OK按鈕。施加載荷4.2.1施加節(jié)點1處的集中載荷F。Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStruct

14、uralForce/Moment On nodes。用鼠標在圖形窗口內選擇節(jié)點3。按下選擇窗口內的Apply按鈕。在第一個下拉列表中選擇FY，并在下面的文本框內輸入其值F（向上為Y軸正方向）。按下Apply按鈕。4.2.2施加節(jié)點3處的彎矩m。Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructuralForce/Moment On nodes。用鼠標在圖形窗口內選擇節(jié)點3。按下選擇窗口內的Apply按鈕。在第一個下拉列表中選擇MZ，并在下面的文本框內輸入其值M（逆時針為正方向）。按下OK按鈕。4.2.3施加單元5到單元6上的的分布載荷q。Main Menu：S

15、olutionDefine LoadsApplyStructural Pressure On Beams。用鼠標在圖形窗口內選擇單元5到單元6。按下選擇窗口內的Apply按鈕。在LKEY后的文本框內輸入數(shù)值1。在VALI和VALJ后的編輯框內分別輸入Q，按下OK按鈕。5求解5.1定義分析類型Main Menu：Solution Anslysis Type New Analysis。選中Static選項。按下OK按鈕。5.2求解Main Menu：Solution SolveCurrent Ls。按下OK按鈕關閉Solve Current Load Step窗口。按下Close按鈕關閉求解結束后

16、出現(xiàn)的Information窗口。瀏覽/STATUS Command窗口內的信息后，將其關閉。6后處理6.1繪制梁的Y方向變形圖Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Nodal Solu. 選擇DOF Solution下的Y-Component of displacement在Undisplaced shape key 后選擇Deformed shape with underformed edge OK6.2建立單元結果表6.2.1創(chuàng)建單元表，計算節(jié)點彎矩。Main Menu：General PostprocElement Tab

17、leDefine Table。按下Element Table Data窗口內的Add按鈕。在Lab后的文本框內輸入IMOMENT。在左側列表中選擇By sequence num項。右側列表中選擇SMICS，項。在右側列表下的文本框內SMICS后面，輸入6。按下Apply按鈕。在Lab后的文本框內輸入JMOMENT。重復上面的步驟在Lab后的文本框內輸入JMOMENT重復上述步驟，在右側列表下文本框內輸入SMICS，12。按下OK按鈕Close。6.2.2創(chuàng)建單元表，計算節(jié)點剪力Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table。按下Eleme

18、nt Table Data窗口內的Add按鈕。在Lab后的文本框內輸入ISHEAR。在左側列表中選擇By sequence num項。右側列表中選擇SMICS，項。右側列表下的文本框內SMICS后面，輸入2。按下Apply按鈕。在Lab后的文本框內輸入JSHEAR。重復上面的步驟。右側列表下的文本框內SMICS后面，輸入8。按下OK按鈕Close。6.3結果顯示6.3.1列出各節(jié)點彎矩和剪力Main Menu：General PostprocList ResultsEleme Table Data。在List Element Table Data窗口內選擇IMOMENT，JMOMENT，ISHEAR和JSHEAR。按下OK按鈕并在瀏覽資料窗口內的信息后，將其關閉。6.3.2畫剪力圖Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Line Elem Res在第一個下拉列表中選擇ISHEAR，在第二個下拉列表中選擇JSHEAR。按下OK按鈕。剪力圖：6.3.3畫彎矩圖Ma