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梁結構靜力有限元分析論文姓名： 班級：學號：指導老師：摘要：本文比較典型地介紹了如何用有限元分析工具分析梁結構受到靜力時的應力的分布狀態(tài)。我們遵循對梁結構進行有限元分析的方法，建立了一個完整的有限元分析過程。首先是建立好梁結構模型，然后進行網格劃分，接著進行約束和加載，最后計算得出結論，輸出各種圖像供設計時參考。通過本文，我們對有限元法在現代工程結構設計中的作用、使用方法有個初步的認識。關鍵字：ANSYS，梁結構，有限元，靜力分析。0引言在現代機械工程設計中，梁是運用得比較多的一種結構。梁結構簡單，當是受到復雜外力、力矩作用時，可以手動計算應力情況。手動計算雖然方法簡單，但計算量大，不容易保證準確性。相比而言，有限元分析方法借助計算機，計算精度高，且能保證準確性。另外，有限元法分析梁結構時，建模簡單，施加應力和約束也相對容易，能分析梁結構應力狀況的具體分布、最大變形量以及中性面位置，優(yōu)勢明顯。以下介紹一種常見梁的受力狀況，并采用有限元法進行靜力分析，得出了與手動計算基本吻合的結論。以下為此次分析對象。A-A截面rAAMM梁的截面形狀為梯形截面，各個截面尺寸相同。兩端受彎矩沿中性面發(fā)生彎曲，如圖2-1所示。試利用ANSYS軟件對此梯形截面梁進行靜力學分析，以獲得沿梁AA截面的應力分布情況。DBD,B52#面1#面CAC,A1 有限元模型的建立首先進入ANSYS中，采用自下而上的建模方式，創(chuàng)建梁結構有限元分析模型，同時定義模型的材料單元為Brick 8-node 45，彈性模量為200e9，泊松比為0.3。由于分析不需要定義實常數，因此可忽略提示，關閉Real Constants菜單。建立的切片模型如下：2 網格劃分顯示邊線，關閉背景。通過Meshtool工具對建立好的模型進行網格劃分。首先設定網格劃分參數，分別設置不同線條的網格劃分參數后，采用六面體單元劃分模型網格。在MeshTool菜單的Shape欄選擇Hex選項。在MeshTool下拉列表框中確保選中Volumes，保證實體通過體單元劃分。單擊Mesh按鈕后，單擊拾取對話框中Pick All按鈕。劃分網格后的圖形如下：3.1施加約束對照實際受力情況，對1#面和2#面定義載荷和約束。首先定義1#面上關鍵點A的約束，其次定義1#面的面約束，接著定義1#面上AB線的約束。對于2#面，采取的定義約束的方法則有所不同。由于v方向邊界條件為空間函數，因此需要通過定義函數來定義約束。首先編輯函數，然后加載函數，最后在2面上定義函數邊界。最后定義CD線上的約束。3.2施加載荷并求解進入求解器，檢查輸入無誤后，進行以下操作求解。GUI: Main Menu Solution Solve Current LS4 查看分析結果（1） 查看等效應力首先顯示等效應力等值線圖,從右視圖上得知，最大等效應力為147MPa，出現在對稱線的底部。（2） 查看環(huán)向應力在ANSYS中，表示柱坐標中的SY應力，所以要顯示，需要將當前坐標系轉換到柱坐標。首先設置結果文件輸出參數，以整體柱坐標系輸出分析結果，然后在左側列表中選擇Stress，在右側列表中選擇Y-direction SY，單擊OK按鈕，得到環(huán)向應力等值線圖。（3） 查看中性軸中性軸的位置就是值為零的位置，通過查看梁的中性軸可以簡單判斷分析結果是否合理。為了單獨顯示中性軸，首先調整一下顯示色彩，操作如下： GUI: Utility MenuPlotCtrlsStyleContoursUniform Contours上述設置使應力為負和應力為正的區(qū)域以不同的色彩顯示，即在0200MPa區(qū)域顯示紅色，在-200MPaGeneral PostprocPlot resultsNodal Solu在左側列表中選擇Stress，在右側列表中選擇X-direction SX，然后單擊OK按鈕。為了顯示方便，將顏色設置恢復原樣，操作如下：GUI: Utility MenuPlotCtrlsStyleContoursUniform Contours在Number of contours文本框中輸入9，在Contour Intervals選項組中選擇Auto calculated,單擊OK按鈕，即可得到徑向應力等值線圖，從中可發(fā)現整個截面上的徑向應力均為拉應力。（5） 查看變形后圖形顯示變形后圖形的操作如下： GUI: Main MenuGeneral Postproc Plot ResultsDeformed ShapeDef+undeformed此時在圖形窗口中顯示出變形前后圖形，從圖中可知，最大位移DMX=0.2240e-4m。（6） 驗證分析結果首先驗證約束是否合理，是否滿足約束。這部分已經在后處理部分得到驗證。下面驗證反作用力是否合理。首先列出反作用力，操作如下：GUI: Main MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solu在Item to be listed（被顯示項目）列表中選擇All struc forc F（所有結構反作用力），然后單擊OK按鈕。由于模型沒有直接承受外力，所以平衡方程中合力應該為零。徑向力（FX）大小為4.6N，接近零。通過更加精確地選擇rc可以將徑向力變得更小。周向合力FY和軸向合力FZ也非常小，但不為零，具體原因是FX不為零，因此結構平衡方程是一個近似值。5 結論(1) 建模：熟悉了基本的建模操作，掌握了布爾減操作；掌握了如何通過Space Ratio控制網格細化參數；掌握了工作坐標系的轉換方法，能夠根據需要轉動或者平移工作平面，了解節(jié)點坐標系的含義及其與整體坐標系的關系。(2) 施加載荷和求解：掌握了通過函數定義模型邊界條件的方法，能夠根據不規(guī)則邊界定義相應的函數。(3) 查看分析結果：掌握了顯示變形圖形和應力等值線圖的操作，了解不同坐標系下同一個參量的不同表達方式，如在柱坐標中FY對應的是環(huán)向應力，而在笛卡兒坐標系中則是y；能夠通過動畫顯示參數的變化過程；掌握靜力分析問題基本的驗證技巧，知道如何通過已知的數據及常識進行簡單的判斷。 (4) 結論對梁結構受靜力時的應力有限元分析，不僅基本符合人工計算得到的數據，而且在精度方面有一定優(yōu)勢。計算速度快，數據全面