平面桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析報告

./運用ANSYS進行平面剛架模擬建模及誤差分析摘要有限單元法〔或稱有限元法是在當(dāng)今工程分析中獲得最廣泛應(yīng)用的數(shù)值計算方法。由于它的通用性和有效性,受到工程技術(shù)界的高度重視。伴隨著計算機科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展,現(xiàn)已成為計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造的重要組成部分。ANSYS軟件是目前世界圍增長最快的計算機輔助工程〔CAE軟件,能與多數(shù)計算機輔助設(shè)計軟件接口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。本文主要分析平面剛架在均布荷載作用下模擬的有限元模型計算與手工計算之間的誤差。關(guān)鍵字：ANSYS軟件有限元平面剛架PIANESTEELFRAMEWITHANSYSSIMULATIONMODELINGANDERRORANALYSISABSTRACTFiniteelementmethod<orfiniteelementmethod>isthemostwidelyusedinmodernengineeringanalysisofnumericalcalculationmethod.Becauseofitsversatilityandeffectiveness,attachesgreatimportancetobytheengineeringandtechnology.Alongwiththerapiddevelopmentofcomputerscienceandtechnology,hasnowbecomeacomputeraideddesignandcomputeraidedmanufacturingisanimportantpart.Atpresent,thesoftwareofANSYisthefastestgrowingcomputeraidedengineering<CAE>softwareontheworld,interfacingwiththemajorityofcomputeraideddesignsoftware,realizingthesharingandexchangeofdata.ThispapermainlyanalyzesthemodelofplanarframesoftwareofANSYS.KEYWARDS:softwareofANSYS,finiteelement,planarframe1有限元法簡介有限元法是一種高效能、常用的數(shù)值計算方法?？茖W(xué)計算領(lǐng)域,常常需要求解各類微分方程,而許多微分方程的解析解一般很難得到,使用有限元法將微分方程離散化后,可以編制程序,使用計算機輔助求解。有限元法在早期是以變分原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來的,所以它廣泛地應(yīng)用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場中〔這類場與泛函的極值問題有著緊密的聯(lián)系。自從1969年以來,某些學(xué)者在流體力學(xué)中應(yīng)用加權(quán)余數(shù)法中的迦遼金法<Galerkin>或最小二乘法等同樣獲得了有限元方程,因而有限元法可應(yīng)用于以任何微分方程所描述的各類物理場中,而不再要求這類物理場和泛函的極值問題有所聯(lián)系。2ANSYS軟件簡介ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析軟件,是世界圍增長最快的計算機輔助工程<CAE>軟件,是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。ANSYS功能強大,操作簡單方便,現(xiàn)在已成為國際最流行的有限元分析軟件。目前,中國100多所理工院校均采用ANSYS軟件進行有限元分析或者作為標準教學(xué)軟件。3實例簡介3.1問題描述如下圖所示的平面剛架,兩桿均為45a號工字鋼,A=102QUOTE,截面二次矩I=32240QUOTE,用有限元方法分析該結(jié)構(gòu)的變形,受力節(jié)點的位移,及各桿的軸力、剪力和彎矩,并將所得力圖與手算結(jié)果進行對比。結(jié)構(gòu)中各個截面的參數(shù)都為：。4ANSYS結(jié)構(gòu)建模分析4.1定義參數(shù)4.1.1指定工程名和分析標題〔1啟動ANSYS軟件,選擇File→ChangeJobname命令,彈出如圖所示的對話框：〔2在對話框中輸入"dam",同時把[Newloganderrorfiles]中的復(fù)選框選為yes,單擊確定。4.1.2定義單元類型〔1選擇MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete命令,彈出如圖所示[ElementTypes]對話框：〔2單擊[ElementTypes]對話框中的[Add]按鈕,在彈出的如下所示[LibraryofElementTypes]對話框：〔3選擇左邊文本框中的[Beam]選項,右邊文本框中的[2Delastic3]選項,單擊確定?！?返回[ElementTypes]對話框。如下圖所示：<5>單擊[close]按鈕結(jié)束,單元定義完成。4.1.3定義單元常數(shù)〔1在ANSYS程序主界面中選擇MainMenu→Preprocessor→RealConstants→Daa/Edit/Delete命令,彈出如下所示[RealConstants]對話框：〔2單擊[Add]按鈕,進行下一個[ChooseElementTypes]對話框,選擇[Beam3]單元,單擊確定,彈出如下對話框：〔3定義好參數(shù),單擊ok,回到[RealConstants]對話框,單擊Close。4.1.4定義材料參數(shù)〔1在ANSYS程序主界面,選擇MainMenu→Preprocessor→MaterialPros→MaterialModels命令,彈出如下所示[DefineMaterialBehavior]對話框：〔2選擇對話框右側(cè)Structural→Linear→Elastic→Isotropic命令。并單擊[Isotropic]選項,接著彈出如下所示[LinearIsotropicProprtiesforMaterialNumber]對話框：〔3輸入好相應(yīng)的數(shù)字,單擊ok,回到[DefineMaterialBehavior]對話框,直接關(guān)閉對話框,至此材料參數(shù)定義完畢。4.2創(chuàng)建幾何模型〔1在ANSYS程序主界面,選擇MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Keypoints→InActiveCS命令,彈出如下所示對話框：〔2創(chuàng)建相應(yīng)的關(guān)鍵點,單擊OK按鈕,得到相應(yīng)的幾何模型。4.3劃分網(wǎng)格<1>選擇MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool命令,彈出實體選擇對話框:<2>在MeshTool→SizeControls→Lines→Set命令,彈出實體對話框點擊PickAll→OK,在彈出實體對話框如下圖所示,在NDIV中填寫20?！?在MeshTool→Mesh命令,彈出實體對話框MeshLines→PickAll,網(wǎng)格已劃分完畢。4.4加載數(shù)據(jù)〔1選擇MainMenu→Preprocessor→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnKeypoints命令,彈出實體選擇對話框,在關(guān)鍵點處加載相關(guān)約束如下圖所示?！?選擇MainMenu→Preprocessor→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnNodes命令,彈出實體選擇對話框,在關(guān)鍵點處加相應(yīng)荷載如下圖所示。4.5求解〔1選擇MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS命令,彈出如下圖所示窗口,其中[/STATUSCommand]窗口里包括了所要計算模型的求解信息和荷載信息?！?單擊上圖OK按鈕,程序進行計算?！?計算完畢,出現(xiàn)如圖所示對話框：4.6結(jié)果分析4.6.1顯示變形圖〔1選擇MainMenu→GeneralPostproc→ReadResults→FirstSet命令,讀入最初結(jié)果文件。<2>選擇MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape命令,彈出[PlotDeformedShape]對話框,如下所示：〔3選擇[Def+undeformed]選項,并單擊OK,出現(xiàn)如下最終變形圖。顯示力圖〔軸力圖、剪力圖、彎矩圖選擇ElementTable→DefineTable→Add命令,彈出如下對話框：然后在SMISC,后面輸入1,點Apply,然后重復(fù)輸入7,2,8,12,完成之后選擇命令PlotResults→ContourPlot→LineElemRes,會彈出如下對話框：然后在LabI后面選1,LabJ后面選7,點OK,得到的是軸力圖,選2,8得到的是剪力圖,選6,12得到的是彎矩圖,分別如下圖所示：4.7手算結(jié)果與ansys分析結(jié)果對比分析手算所得的力圖如下圖所示：4.7.2對比分析由ANSYS及人工手算所得結(jié)果進行對比,可以看出ANSYS軟件計算結(jié)果的軸力圖和剪力圖跟手算結(jié)果是一樣的,彎矩圖中最大彎矩值也是相等的。某些點處彎矩值可能不一樣,但誤差很小,造成誤差的原因可能是劃分單元的等分不夠。5結(jié)語經(jīng)過近50年特別是近30年的發(fā)展,有限元法的基礎(chǔ)理論和方法已經(jīng)比