桿系結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析

aaa平面桁架的靜力學(xué)分析摘要：本文利用有限元分析軟件ANSYS12.0,對桿系結(jié)構(gòu)——平面桁架進(jìn)行靜力學(xué)分析，通過將分析完成后得到的列表數(shù)據(jù)與解析解相比較確定ANSYS分析軟件的可靠性。關(guān)鍵詞：平面桁架，有限元，ANSYS1前言實(shí)際結(jié)構(gòu)都是空間結(jié)構(gòu)，所承受的載荷也是空間的。但是如果結(jié)構(gòu)具有某種特殊形狀，所承受的載荷具有某種特殊的性質(zhì)，就可以將空間問題轉(zhuǎn)化為桿系結(jié)構(gòu)問題、平面問題等。這樣處理后，計算工作量大大減少，而所得到的結(jié)果仍可滿足精度要求。所謂桿系結(jié)構(gòu)指的是有長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他方向尺寸（10：1）的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)，如連續(xù)梁、桁架、剛架等。當(dāng)結(jié)構(gòu)承受不隨時間變化的載荷作用時，需要進(jìn)行靜力學(xué)分析，分析其位移、應(yīng)變、應(yīng)力等。2問題描述及解析解圖1為一平面桁架，長度L=0.1m，各桿橫截面面積均為A=lx10-4m2，力如表如表1所示。表1各桿的軸向力和軸向應(yīng)力桿軸向力F/Na軸向應(yīng)力/MPaa①1000100②1000100③-1414.2-141.4④00⑤-1414.2-141.43有限元分析建模與加載（1）創(chuàng)建單元類型GUI：PreProcessorMenu>ElementType>Add/Edit/Delete>Beam>2Delastic3單擊“OK”按鈕。（2）定義單元實(shí)常數(shù)GUI：PreProcessorMenu>ElementType>Add/Edit/Delete>Add>OK在“AREA”文本框中輸入1E-4，單擊0K。（3）定義材料屬性GUI：PreProcessor>MaterialProps>Materialmodels>Structural>Linear>Elastic>Isotropic在彈出對話框中鍵入EX=2ell（單位Mpa）,PRXY=0.3。（4）創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)GUI：PreProcessor>Modeling>Create>Nodes>InActiveCS分別創(chuàng)建四個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)號為1、2、3、4，“X，Y，Z”分別為“0,0，0”、“0.1，0，0”、“0.2，0，0”、“0.1，0.1，0”。（5）顯示節(jié)點(diǎn)號、單元號UtilityMenu—PlotCtrls—Numbering在彈出的“PlotNumberingControls"對話框中，將節(jié)點(diǎn)號和單元號打開，單擊“0K”。（6）創(chuàng)建單元GUI：PreProcessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes拾取節(jié)點(diǎn)1和2,單擊“Apply”按鈕，于是在節(jié)點(diǎn)1和2之間創(chuàng)建了一個單元。重復(fù)以上過程，在節(jié)點(diǎn)2和3、1和4、2和4、3和4間分別創(chuàng)建單元。（7）施加約束GUI：Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes。對節(jié)點(diǎn)1施加“UX”、“UY”約束，對節(jié)點(diǎn)3施加“UY”約束。（8）施加載荷GUI：Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes。拾取節(jié)點(diǎn)4,單擊“OK”，選擇“Lab”為“FY”，在“VALUE”文本框中輸入-2000,單擊“OK”。求解GUI：Solution〉Solve>CurrentLS單擊“SolveCurrentLoadStep”對話框的“OK”按鈕，出現(xiàn)“Solutionisdone!"提示時，求解結(jié)束。查看求解結(jié)果（1）定義單元表GUI：GeneralPostproc〉ElementTable〉DefineTable在彈出的對話框中單擊“Add”，在“Lab”中輸入FA，在“Item,Comp”兩個列表中分別選“Bysequencenum”、“SMISC”，在右側(cè)列表下方輸入SMISC，1，單擊“Apply”；再在在“Lab”中輸入SA，在“Item,Comp”兩個列表中分別選“Bysequencenum”、“LS”，在右側(cè)列表下方輸入LS，1，單擊“OK”。（2）列表單元表數(shù)據(jù)GUI：GeneralPostproc〉ElementTable〉ListElemTable在列表中選擇“FA”、“SA”，單擊“OK”按鈕。結(jié)果如圖2所示，與表1對照，二者完全一致。

圖2結(jié)果列表4結(jié)論有限元法是一種將復(fù)雜對象進(jìn)行合理的離散，應(yīng)用力學(xué)理論和計算機(jī)技術(shù)解決復(fù)雜問題的數(shù)值分析方法，對于眾多難以獲得解析解問題的分析具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，在科學(xué)研究和工程計算中得到廣泛的應(yīng)用。文章通過對桿系結(jié)構(gòu)一一平面桁架的有限元受力分析，準(zhǔn)確的提取了各個節(jié)點(diǎn)的受力數(shù)據(jù)。通過與理論上的計算結(jié)果比較，得到了非常吻合的結(jié)果，這對于今后的工程設(shè)計