【ANSYS算例】8.4(1)及8.4(2)-升溫條件下桿件支撐結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力分析(GUI)及命令流

【ANSYS算例】8.4(1)升溫條件下桿件支撐結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力分析(GUI)一個由兩根銅桿以及一根鋼桿組成的支撐結(jié)構(gòu)，見圖8-8(a)；三桿的橫截面積都為A=0.1in2，三桿的端頭由一個剛性梁連接，整個支撐結(jié)構(gòu)在裝配后承受一個力載荷以及升溫的作用，分析構(gòu)件的受力狀況。模型中的各項參數(shù)如表8-5所示(a)三桿支撐結(jié)構(gòu)(b)計算模型圖8-8三桿支撐結(jié)構(gòu)的受力以及計算模型表8-5三桿結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)材料參數(shù)載荷銅的彈性模量：16×106psi銅的熱膨脹系數(shù)：92×10-7in/in·°Q=4000lb鋼的彈性模量：30×106psi鋼的熱膨脹系數(shù)：70×10-7in/in·°ΔT=10解答：計算模型如圖8-8(b)所示。采用2D的計算模型，使用桿單元2-DSpar(orTruss)Elements(\o"LINK1description"LINK1)來進行建模，假設(shè)桿的長度為20in，桿的間距為10in，設(shè)定一個參考溫度(700F)，三桿連接的剛性梁采用約束方程來進行等效。建模的要點：⑴首先定義分析類型并選取單元，輸入實常數(shù)；⑵建立對應(yīng)幾何模型，并賦予相應(yīng)的單元類型所對應(yīng)的編號值，采用耦合方程來進行剛性梁連接的等效⑶在后處理中，用命令<*GET>來提取其計算分析結(jié)果(頻率)；⑷通過命令<*GET>來提取構(gòu)件的應(yīng)力值。最后將計算結(jié)果與參考文獻所給出的解析結(jié)果進行比較，見表8-6。表8-6ANSYS模型與文獻的解析結(jié)果的比較構(gòu)件的應(yīng)力/psiReference8.4(1)的結(jié)果ANSYS結(jié)果兩種結(jié)果之比鋼桿的應(yīng)力19695.19695.1.000銅桿的應(yīng)力10152.10152.1.000Reference8.4(1):TimoshenkoS.StrengthofMaterial,PartI,ElementaryTheoryandProblems!3rdEdition!NewYork:D.VanNostrandCo.,Inc.,1955,30給出的基于圖形界面的交互式操作(stepbystep)過程如下。(1)進入ANSYS程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory（設(shè)置工作目錄）→Initialjobname(設(shè)置工作文件名):LinkswithTemperature→Run→OK(2)設(shè)置計算類型ANSYSMainMenu:Preferences…→Structural→OK(3)定義單元類型ANSYSMainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→link:2dspar1→OK（返回到ElementTypes窗口）→Close(4)定義實常數(shù)ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants…→Add…→Type1LINK1→OK→RealConstantsSetNo.:1,AREA:0.1→Close(關(guān)閉RealConstants窗口)(5)定義材料參數(shù)ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Isotropic→EX:16E6(彈性模量),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（關(guān)閉材料定義窗口）(6)設(shè)定初始溫度ANSYSMainMenu:Preprocessor→Loads→DefineLoads→Settings→ReferenceTemp→TREF:70→OK(7)構(gòu)造分析模型生成節(jié)點ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Nodes→InActiveCS→Nodenumber:1,X,Y,ZLocationinactiveCS:-10，0，0Apply→依次輸入3號節(jié)點(10，0，0)、4號節(jié)點(-10，-20，0)與6號節(jié)點(10，-20，0)ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Nodes→FillbetweenNds→用鼠標單擊1、3兩個節(jié)點→OK→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Nodes→FillbetweenNds→用鼠標單擊4、6兩個節(jié)點→OK→OK生成元素并分配材料類型、實常數(shù)ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Elements→ElemAttributes→MAT,1，TYPE,1LINK1，REAL,1→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Elements→AutoNumbered→ThruNodes→點擊1，4號節(jié)點→Apply→點擊3，6號節(jié)點→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Elements→ElemAttributes→MAT:2;TYPE:1LINK1;REAL:1→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Elements→AutoNumbered→ThruNodes→點擊2，5號節(jié)點→OK(8)模型加約束ANSYSMainMenu:Preprocessor→Coupling/Ceqn→CoupleDOFs：點擊4，5，6三個節(jié)點→OK→NSET:1，Lab:UY→OKANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→DisplacementOnNodes→選取1，2，3號節(jié)點→OK→Lab2:ALLDOF→OK(9)施加載荷ANSYSMainMenu:Preprocessor→Loads→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnNodes→點擊5號節(jié)點→OK→Lab：FY,Value:-4000→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Loads→DefineLoads→Apply→Structural→Other→Fluence→UniformFluen→BFUNIF：80(10)計算分析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)計算結(jié)果ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable→Add…→Lab:Strs_St,Item:BySequencenumber右側(cè)選項選擇LS，下側(cè)輸入LS，1→Apply→Add…→LabStrs_Co,Item:BySequencenumber右側(cè)選項選擇LS，下側(cè)輸入LS，1→觀察鋼桿、銅桿各自應(yīng)力ANSYSUtilityMenu:List→Elements→Nodes+Attributes查看各個元素的材料分配（MAT=2代表鋼鐵）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)退出系統(tǒng)ANSYSUtilityMenu:File→Exit→SaveEverything→OK【ANSYS算例】8.4(2)升溫條件下桿件支撐結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力分析(命令流)針對【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!進入前處理ANTYPE,STATIC!設(shè)置靜力分析SET,1,LINK1!選取單元類型1(桿)R,1,.1!設(shè)定實常數(shù)MP,EX,1,16E6!定義1號材料的彈性模量(銅)MP,ALPX,1,92E-7!定義1號材料的熱膨脹系數(shù)(銅)MP,EX,2,30E6!定義1號材料的彈性模量(鋼)MP,ALPX,2,70E-7!定義1號材料的熱膨脹系數(shù)(鋼)TREF,70!定義參考溫度N,1,-10!生成節(jié)點1N,3,10!生成節(jié)點3FILL!在1號節(jié)點與3號節(jié)點之間進行填充生成(即生成2號節(jié)點)N,4,-10,-20!生成節(jié)點4N,6,10,-20!生成節(jié)點6FILL!在4號節(jié)點與6號節(jié)點之間進行填充生成(即生成5號節(jié)點)E,1,4!由節(jié)點1及4生成單元E,3,6!由節(jié)點3及6生成單元MAT,2!設(shè)定材料類型2E,2,5!由節(jié)點2及5生成單元CP,1,UY,5,4,6!在節(jié)點4,5,6之間建立耦合方程D,1,ALL,,,3!對節(jié)點1,2,3施加所有固定的位移約束F,5,FY,-4000!對節(jié)點5施加FY=-4000的力BFUNIF,TEMP,80!施加一個均勻溫度載荷80(為參考溫度+10)FINISH!前處理結(jié)束/SOLU!進入求解模塊OUTPR,BASIC,1!計算結(jié)果的輸出設(shè)置，就1步加載下的基本力學(xué)量進行輸出OUTPR,NLOAD,1!計算結(jié)果的輸出設(shè)置，就1步加載下的單元節(jié)點載荷進行輸出NSUBST,1!設(shè)定載荷子步的數(shù)量，1步SOLVE!求解FINIS