1、20沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙平面梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算一:問題描述及數(shù)學(xué)建模一個外伸梁的結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中m=10KN.m，q=2KN/m，F(xiàn)=2KN。其中梁寬B=0.1m，梁高H=0.2m，梁長L=8m。對該梁進行分析，畫出彎矩圖和剪力圖。材料力學(xué)解析解：最大彎曲應(yīng)力=3X105 (Pa) ，最大剪應(yīng)力=2.5X105 (Pa) 。（高等教育出版社出版材料力學(xué)上冊124頁例4.6）第一幅圖為外伸梁所受載荷圖，下面兩幅圖為用材料力學(xué)計算所得剪力和彎矩圖依次為剪力彎矩。有限元計算說明本例題是將梁劃分為16個單元，17個節(jié)點，采用兩種方法來進行分析：（1） 采用基于歐拉梁理論（材料力學(xué)）的2維平面梁

2、單元BEAM3模擬實際結(jié)構(gòu)，進行靜力學(xué)分析。（2） 采用基于Timoshenko梁理論的3維梁單元BEAM188模擬實際結(jié)構(gòu)，進行靜力學(xué)分析。交互式的求解過程二: 有限元模型的建立1創(chuàng)建節(jié)點1.1創(chuàng)建梁的各個節(jié)點1給梁的各參數(shù)賦值: Utility Menu：ParametersScalar Parameters界面，在Selection下輸入梁高H=0.2按下Accept；輸入梁寬B=0.1Accept；梁長L=5Accept；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=-

3、2000Accept；均布載荷Q=2000Accept；Close.2Main Menu：PreprocessorModelingCreateNodeIn Active CS。3在創(chuàng)建節(jié)點窗口內(nèi)，在NODE后的編輯框內(nèi)輸入節(jié)點號1，并在X，Y，Z后的編輯框內(nèi)輸入0，0，0作為節(jié)點1的坐標值。4按下該窗口內(nèi)的Apply按鈕。5輸入節(jié)點號17，并在X，Y，Z后的編輯框內(nèi)輸入L，0，0作為節(jié)點17的坐標值。6 按下OK按鈕。7.Main Menu：Preprocessor-Modeling-CreateNodeFill between Nds。8.在圖形窗口內(nèi)，用鼠標選擇節(jié)點1和17。9.按下Fil

4、l between Nds窗口內(nèi)的Apply按鈕。10.按下OK按鈕，完成在節(jié)點1到節(jié)點17之間節(jié)點的填充。1.2顯示各個節(jié)點1 Utility Menu：PlotctrlsNumberings2 將Node numbers項設(shè)置為On。3 Utility Menu：PlotNodes4 Utility Menu：ListNodes5 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，關(guān)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1 Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete2 按下Element T

5、ype窗口內(nèi)的Add按鈕。3 在單元類型庫中，選擇左側(cè)列表中的BEAM單元家族，及右側(cè)列表中2D elastic 3類型。4 按下OK按鈕完成選擇。5 按下Close按鈕關(guān)閉Element Type窗口。2.2定義材料特性1 Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models。2 在材料定義窗口內(nèi)選擇：StructuralLinearElasticIsotropic。3 在EX后的文本框內(nèi)輸入數(shù)值2.06e11作為彈性模量。4 按下OK按鈕完成定義。2.3定義梁的橫截面幾何參數(shù)1 Main Menu：PreprocessorReal Cons

6、tantsAdd/Edit/Delete。2 按下Real Constants窗口內(nèi)的Add按鈕。3 按下Real Constants for Element Type窗口內(nèi)的OK按鈕。4 依次輸入1,AREA,IZZ,H。5 按下OK按鈕完成定義。按下Real Constants窗口內(nèi)的Close按鈕。3創(chuàng)建單元3.1創(chuàng)建單元1 Main Menu：PreprocessorCreateElementsAuto-NumberedThru Nodes。2 在圖形窗口內(nèi)，用鼠標點選節(jié)點1和2。3 按下按下OK按鈕完成單元1的定義。4 Main Menu：PreprocessorModelingCo

7、pyElementsAuto-Numbered。用光標選擇單元1，然后點Apply。5 在ITIME后的編輯框內(nèi)輸入16（包括被復(fù)制的單元1）作為要復(fù)制的單元總數(shù)。按下OK按鈕完成單元2到單元16的定義。3.2顯示單元信息1 Utility Menu：PlotCtrlsNumberings2 在第一個下拉列表中，選擇Elements numbers選項。3 Utility Menu：PlotElements4 Utility Menu：ListElementsNodes+Attributes5 瀏覽單元信息后，關(guān)閉該窗口。三:施加載荷和邊界條件1施加約束和載荷1:節(jié)點自由度約束1 Main M

8、enu：SolutionDefine Loads ApplyStructural Displacement On nodes。2 用鼠標在圖形窗口內(nèi)選擇節(jié)點1。3 按下選擇窗口內(nèi)的Apply按鈕。4 選擇自由度UX和UY，并在VALUE后為其輸入數(shù)值0。5 按下Apply按鈕。6 用鼠標在圖形窗口內(nèi)選擇節(jié)點13。7 按下選擇窗口內(nèi)的Apply按鈕。8 選擇自由度UY，并在VALUE后為其輸入數(shù)值0。9 按下OK按鈕。2施加載荷.2.1施加節(jié)點17處的集中載荷F。1 Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructuralForce/Moment On nod

9、es。2 用鼠標在圖形窗口內(nèi)選擇節(jié)點17。3 按下選擇窗口內(nèi)的Apply按鈕。4 在第一個下拉列表中選擇FY，并在下面的文本框內(nèi)輸入其值F（向上為Y軸正方向）。5 按下Apply按鈕。2.2施加節(jié)點9處的彎矩M。1 Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructuralForce/Moment On nodes。2 用鼠標在圖形窗口內(nèi)選擇節(jié)點9。3 按下選擇窗口內(nèi)的Apply按鈕。4 在第一個下拉列表中選擇MZ，并在下面的文本框內(nèi)輸入其值M（逆時針為正方向）（對照上面第4步）。5 按下OK按鈕。2.3施加單元3到單元10上的的分布載荷q。1 Main Me

10、nu：SolutionDefine LoadsApplyStructural Pressure On Beams。2 用鼠標在圖形窗口內(nèi)選擇單元1到單元8。3 按下選擇窗口內(nèi)的Apply按鈕。4 在LKEY后的文本框內(nèi)輸入數(shù)值1。5 在VALI和VALJ后的編輯框內(nèi)分別輸入Q，6 按下OK按鈕。給梁加完約束，力，分布載荷后的圖應(yīng)該為四:求解和結(jié)果分析1求解1.1定義分析類型1 Main Menu：Solution Anslysis Type New Analysis。2 選中Static選項。3 按下OK按鈕。1.2求解1 Main Menu：Solution SolveCurrent Ls。

11、2 按下OK按鈕關(guān)閉Solve Current Load Step窗口。3 按下Close按鈕關(guān)閉求解結(jié)束后出現(xiàn)的Information窗口。4 瀏覽/STATUS Command窗口內(nèi)的信息后，將其關(guān)閉。2后處理2.1繪制梁的Y方向變形圖1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Nodal Solu. 2 選擇DOF Solution下的Y-Component of displacement在Undisplaced shape ke 后選擇Deformed shape with undeformed edgOK 2.2建立單元結(jié)

12、果表2.2.1創(chuàng)建單元表，計算節(jié)點彎矩。1 Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table。2 按下Element Table Data窗口內(nèi)的Add按鈕。3 在Lab后的文本框內(nèi)輸入IMO。4 在左側(cè)列表中選擇By sequence num項。5 右側(cè)列表中選擇SMICS，項。6 在右側(cè)列表下的文本框內(nèi)SMICS后面，輸入6。7 按下Apply按鈕。8 在Lab后的文本框內(nèi)輸入JMO。9 重復(fù)上面的步驟4和5。10 右側(cè)列表下的文本框內(nèi)SMICS后面，輸入12。11 按下OK按鈕Close。2.2.2創(chuàng)建單元表，計算節(jié)點剪力1 Main

13、 Menu：General PostprocElement TableDefine Table。2 按下Element Table Data窗口內(nèi)的Add按鈕。3 在Lab后的文本框內(nèi)輸入ISH。4 在左側(cè)列表中選擇By sequence num項。5 右側(cè)列表中選擇SMICS，項。6 右側(cè)列表下的文本框內(nèi)SMICS后面，輸入2。7 按下Apply按鈕。8 在Lab后的文本框內(nèi)輸入JSH。9 重復(fù)上面的步驟4和5。10右側(cè)列表下的文本框內(nèi)SMICS后面，輸入8。11按下OK按鈕Close。2.3結(jié)果顯示2.3.1列出各節(jié)點彎矩和剪力1 Main Menu：General PostprocLis

14、t ResultsEleme Table Data。2 在List Element Table Data窗口內(nèi)選擇IMO，JMO，ISH和JSH。3 按下OK按鈕并在瀏覽資料窗口內(nèi)的信息后，將其關(guān)閉。2.3.2畫剪力圖1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Line Elem Res2 在第一個下拉列表中選擇ISH，在第二個下拉列表中選擇JSH。3 按下OK按鈕。剪力圖:2.3.3畫彎矩圖1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsLine Elem Res2 在第一個下拉列表中選擇IMO，在

15、第二個下拉列表中選擇JMO。3 按下OK按鈕。彎矩圖：3退出程序Toolbar：Quit。選擇Quit-No Save！按下OK按鈕。五：多方案計算比較此方案是將梁劃分為20個單元21個節(jié)點，再將其進行有限元分析，得出的結(jié)果與上一個方案的結(jié)果進行比較。1:問題描述及數(shù)學(xué)建模方法與上一個方案一樣不在重復(fù)2:有限元模型的建立先將梁的節(jié)點分完后，在對其的單元類型，材料特性，梁的橫截面幾何參數(shù)等進行定義，具體操作步驟與上一個方案相同,定義完后在進行單元的創(chuàng)建。3:施加載荷和邊界條件對梁進行約束，載荷的加載，力的施加和彎矩的加載，在節(jié)點1處施加X;Y兩個方向的約束，在節(jié)點16處施加一個Y方向的約束。在節(jié)

16、點11處施加一個彎矩M，在節(jié)點21處施加一個力F，在1到10單元上施加分布載荷q。 具體操作步驟與上一個方案相同。操作完成后的梁如下所示4：求解,結(jié)果分析。具體的操作和上一個方案差不多, 就不再重復(fù)了.在經(jīng)過和上一個方案相同的操作，就能夠得到本方案的剪力圖和彎矩圖如下：1:繪制梁的Y方向變形圖2:剪力圖 3:彎矩圖5:退出程序六:結(jié)果分析通過對兩次的結(jié)果分析，能夠得出對于同一個梁結(jié)構(gòu)的分析，節(jié)點數(shù)越多，單元劃分的越多，所得到的結(jié)果和材料力學(xué)的解析解越接近。心得體會剛開始學(xué)習(xí)ANSYS時，感覺非常的難，總是遇到難點，難免會感到郁悶，使人產(chǎn)生挫折感，而且容易產(chǎn)生心理疲勞，這時候就需要很大的耐心了，

17、并且要學(xué)會調(diào)整自己的心態(tài)，針對問題時要積極思考，不會的要多問老師，學(xué)會和同學(xué)們探討，這樣學(xué)習(xí)知識更快。雖然ANSYS比較難，但是通過一段時間的上機學(xué)習(xí)和課后的探討，使我學(xué)會了ANSYS這款軟件，不能說精通吧，但是也能運用它進行一些簡單的運算了，并且通過運用ANSYS解決了一些簡單的結(jié)構(gòu)的問題，通過ANSYS合理運用，不僅簡化了設(shè)計時間，也使結(jié)果更加精確，雖然結(jié)果與解析解有些許誤差，但是誤差很小且偏向保守，并且這個誤差還可以通過節(jié)點的多少來使它盡可能的縮小，通過做這門課設(shè)使我的自主思考能力有了一定的提高，還有學(xué)會了一些其他的知識，因為有限元分析是需要用到很多知識的，這就需要在課下查找資料了，這其實就是一個學(xué)習(xí)的過程。還有通過做課設(shè)也發(fā)現(xiàn)了自