ANSYS實(shí)例分析75道含結(jié)果

第頁(yè)【ANSYS算例】3.4.2(1)基于圖形界面的桁架橋梁結(jié)構(gòu)分析(stepbystep)下面以一個(gè)簡(jiǎn)單桁架橋梁為例，以展示有限元分析的全過(guò)程。背景素材選自位于密執(zhí)安的"OldNorthParkBridge"(1904-1988)，見(jiàn)圖3-22。該桁架橋由型鋼組成，頂梁及側(cè)梁，橋身弦桿，底梁分別采用3種不同型號(hào)的型鋼，結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表3-6。橋長(zhǎng)L=32m,橋高H=5.5m。橋身由8段桁架組成，每段長(zhǎng)4m。該橋梁可以通行卡車，若這里僅考慮卡車位于橋梁中間位置，假設(shè)卡車的質(zhì)量為4000kg，若取一半的模型，可以將卡車對(duì)橋梁的作用力簡(jiǎn)化為P1，P2和P3，其中P1=P3=5000N,P2=10000N，見(jiàn)圖3-23。圖3-22位于密執(zhí)安的"OldNorthParkBridge"(1904-1988)圖3-23橋梁的簡(jiǎn)化平面模型(取橋梁的一半)表3-6橋梁結(jié)構(gòu)中各種構(gòu)件的幾何性能參數(shù)構(gòu)件慣性矩m4橫截面積m2頂梁及側(cè)梁(Beam1)橋身弦梁(Beam2)底梁(Beam3)解答以下為基于ANSYS圖形界面(GraphicUserInterface,GUI)的菜單操作流程。(1)進(jìn)入ANSYS（設(shè)定工作目錄和工作文件）程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory（設(shè)置工作目錄）→Initialjobname（設(shè)置工作文件名）:TrussBridge→Run→OK(2)設(shè)置計(jì)算類型ANSYSMainMenu：Preferences…→Structural→OK(3)定義單元類型ANSYSMainMenu：Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→Beam:2delastic3→OK（返回到ElementTypes窗口）→Close(4)定義實(shí)常數(shù)以確定梁?jiǎn)卧慕孛鎱?shù)ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add…→selectType1Beam3→OK→inputRealConstantsSetNo.:1,AREA:2.19E-3，Izz:3.83e-6(1號(hào)實(shí)常數(shù)用于頂梁和側(cè)梁)→Apply→inputRealConstantsSetNo.:2,AREA:1.185E-3，Izz:1.87E-6(2號(hào)實(shí)常數(shù)用于弦桿)→Apply→inputRealConstantsSetNo.:3,AREA:3.031E-3，Izz:8.47E-6(3號(hào)實(shí)常數(shù)用于底梁)→OK(backtoRealConstantswindow)→Close(theRealConstantswindow)(5)定義材料參數(shù)ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:2.1e11,PRXY:0.3(定義泊松比及彈性模量)→OK→Density(定義材料密度)→inputDENS:7800,→OK→Close（關(guān)閉材料定義窗口）(6)構(gòu)造桁架橋模型生成橋體幾何模型ANSYSMainMenu：Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→NPTKeypointnumber：1，X，Y，ZLocationinactiveCS：0，0→Apply→同樣輸入其余15個(gè)特征點(diǎn)坐標(biāo)（最左端為起始點(diǎn)，坐標(biāo)分別為(4,0),(8,0),(12,0),(16,0),(20,0),(24,0),(28,0),(32,0),(4,5.5),(8,5.5),(12,5.5),(16.5.5),(20,5.5),(24,5.5),(28,5.5)）→Lines→Lines→StraightLine→依次分別連接特征點(diǎn)→OK網(wǎng)格劃分ANSYSMainMenu:Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→PickedLines→選擇橋頂梁及側(cè)梁→OK→selectREAL:1,TYPE:1→Apply→選擇橋體弦桿→OK→selectREAL:2,TYPE:1→Apply→選擇橋底梁→OK→selectREAL:3,TYPE:1→OK→ANSYSMainMenu：Preprocessor→Meshing→MeshTool→位于SizeControls下的Lines：Set→ElementSizeonPicked→Pickall→Apply→NDIV：1→OK→Mesh→Lines→Pickall→OK(劃分網(wǎng)格)(7)模型加約束ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→選取橋身左端節(jié)點(diǎn)→OK→selectLab2:AllDOF(施加全部約束)→Apply→選取橋身右端節(jié)點(diǎn)→OK→selectLab2:UY(施加Y方向約束)→OK(8)施加載荷ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnKeypoints→選取底梁上卡車兩側(cè)關(guān)鍵點(diǎn)（X坐標(biāo)為12及20）→OK→selectLab:FY，Value:-5000→Apply→選取底梁上卡車中部關(guān)鍵點(diǎn)（X坐標(biāo)為16）→OK→selectLab:FY，Value:-10000→OK→ANSYSUtilityMenu：→Select→Everything(9)計(jì)算分析ANSYSMainMenu：Solution→Solve→CurrentLS→OK(10)結(jié)果顯示ANSYSMainMenu：GeneralPostproc→PlotResults→Deformedshape→Defshapeonly→OK（返回到PlotResults）→ContourPlot→NodalSolu→DOFSolution,Y-ComponentofDisplacement→OK（顯示Y方向位移UY）(見(jiàn)圖3-24(a))定義線性單元I節(jié)點(diǎn)的軸力ANSYSMainMenu→GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable→Add→Lab:[bar_I],Bysequencenum:[SMISC,1]→OK→Close定義線性單元J節(jié)點(diǎn)的軸力ANSYSMainMenu→GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable→Add→Lab:[bar_J],Bysequencenum:[SMISC,1]→OK→Close畫出線性單元的受力圖(見(jiàn)圖3-24(b))ANSYSMainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→LineElemRes→LabI:[bar_I],LabJ:[bar_J],Fact:[1]→OK(11)退出系統(tǒng)ANSYSUtilityMenu：File→Exit→SaveEverything→OK(a)橋梁中部最大撓度值為0.003374m(b)橋梁中部軸力最大值為25380圖3.24桁架橋撓度UY以及單元軸力計(jì)算結(jié)果【ANSYS算例】3.4.2(2)基于命令流方式的桁架橋梁結(jié)構(gòu)分析!%%%%%[ANSYS算例]3.4.2(2)!注：命令流中的符號(hào)$，可將多行命令流寫成一行/prep7!進(jìn)入前處理/PLOPTS,DATE,0!設(shè)置不顯示日期和時(shí)間!=====設(shè)置單元和材料ET,1,BEAM3!定義單元類型R,1,2.19E-3,3.83e-6,,,,, !定義1號(hào)實(shí)常數(shù)用于頂梁側(cè)梁R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0, !定義2號(hào)實(shí)常數(shù)用于弦桿R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0, !定義3號(hào)實(shí)常數(shù)用于底梁MP,EX,1,2.1E11!定義材料彈性模量MP,PRXY,1,0.30!定義材料泊松比MP,DENS,1,,7800 !定義材料密度!定義幾何關(guān)鍵點(diǎn)K,1,0,0,,$K,2,4,0,,$K,3,8,0,,$K,4,12,0,,$K,5,16,0,,$K,6,20,0,,$K,7,24,0,,$K,8,28,0,,$K,9,32,0,,$K,10,4,5.5,,$K,11,8,5.5,,$K,12,12,5.5,,$K,13,16,5.5,,$K,14,20,5.5,,$K,15,24,5.5,,$K,16,28,5.5,,!通過(guò)幾何點(diǎn)生成橋底梁的線L,1,2$L,2,3$L,3,4$L,4,5$L,5,6$L,6,7$L,7,8$L,8,9!生成橋頂梁和側(cè)梁的線L,9,16$L,15,16$L,14,15$L,13,14$L,12,13$L,11,12$L,10,11$L,1,10!生成橋身弦桿的線L,2,10$L,3,10$L,3,11$L,4,11$L,4,12$L,4,13$L,5,13$L,6,13$L,6,14$L,6,15$L,7,15$L,7,16$L,8,16!選擇橋頂梁和側(cè)梁指定單元屬性LSEL,S,,,9,16,1,LATT,1,1,1,,,,!選擇橋身弦桿指定單元屬性LSEL,S,,,17,29,1,LATT,1,2,1,,,,!選擇橋底梁指定單元屬性LSEL,S,,,1,8,1,LATT,1,3,1,,,,!劃分網(wǎng)格AllSEL,all!再恢復(fù)選擇所有對(duì)象LESIZE,all,,,1,,,,,1!對(duì)所有對(duì)象進(jìn)行單元?jiǎng)澐智暗姆侄卧O(shè)置LMESH,all!對(duì)所有幾何線進(jìn)行單元?jiǎng)澐?=====在求解模塊中，施加位移約束、外力，進(jìn)行求解/soluNSEL,S,LOC,X,0!根據(jù)幾何位置選擇節(jié)點(diǎn)D,all,,,,,,ALL,,,,,!對(duì)所選擇的節(jié)點(diǎn)施加位移約束AllSEL,all!再恢復(fù)選擇所有對(duì)象NSEL,S,LOC,X,32!根據(jù)幾何位置選擇節(jié)點(diǎn)D,all,,,,,,,UY,,,,!對(duì)所選擇的節(jié)點(diǎn)施加位移約束ALLSEL,all!再恢復(fù)選擇所有對(duì)象!基于幾何關(guān)鍵點(diǎn)施加載荷FK,4,FY,-5000$FK,6,FY,-5000$FK,5,FY,-10000/replot!重畫圖形Allsel,all!選擇所有信息(包括所有節(jié)點(diǎn)、單元和載荷等)solve!求解!=====進(jìn)入一般的后處理模塊/post1!后處理PLNSOL,U,Y,0,1.0!顯示Y方向位移PLNSOL,U,X,0,1.0!顯示X方向位移!顯示線單元軸力ETABLE,bar_I,SMISC,1ETABLE,bar_J,SMISC,1PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1!畫出軸力圖finish!結(jié)束!%%%%%[ANSYS算例]3.4.2(2)【ANSYS算例】3.2.5(3)四桿桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析下面針對(duì)【典型例題】3.2.5(1)的問(wèn)題，在ANSYS平臺(tái)上，完成相應(yīng)的力學(xué)分析。即如圖3-8所示的結(jié)構(gòu)，各桿的彈性模量和橫截面積都為,，基于ANSYS平臺(tái)，求解該結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移、單元應(yīng)力以及支反力。圖3-8四桿桁架結(jié)構(gòu)解答對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行有限元分析的過(guò)程如下。以下為基于ANSYS圖形界面(graphicuserinterface，GUI)的菜單操作流程；注意：符號(hào)“→”表示針對(duì)菜單中選項(xiàng)的鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作。關(guān)于ANSYS的操作方式見(jiàn)附錄B。1．基于圖形界面的交互式操作(stepbystep)(1)進(jìn)入ANSYS(設(shè)定工作目錄和工作文件)程序→Ansys→ANSYSInteractive→Workingdirectory(設(shè)置工作目錄)→Initialjobname(設(shè)置工作文件名):planetruss→Run→OK(2)設(shè)置計(jì)算類型ANSYSMainMenu:Preferences…→Structural→OK(3)選擇單元類型ANSYSMainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete…→Add…→Link：2Dspar1→OK(返回到ElementTypes窗口)→Close(4)定義材料參數(shù)ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic:EX:2.95e11(彈性模量)，PRXY:0(泊松比)→OK→鼠標(biāo)點(diǎn)擊該窗口右上角的“”來(lái)關(guān)閉該窗口(5)定義實(shí)常數(shù)以確定單元的截面積ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add→Type1→OK→RealConstantSetNo:1(第1號(hào)實(shí)常數(shù)),AREA:1e-4(單元的截面積)→OK→Close(6)生成單元ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Creat→Nodes→InActiveCS→Nodenumber1→X:0,Y:0,Z:0→Apply→Nodenumber2→X:0.4,Y:0,Z:0→Apply→Nodenumber3→X:0.4,Y:0.3,Z:0→Apply→Nodenumber4→X:0,Y:0.3,Z:0→OKANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Elements→ElemAttributes（接受默認(rèn)值）→Usernumbered→Thrunodes→OK→選擇節(jié)點(diǎn)1，2→Apply→選擇節(jié)點(diǎn)2，3→Apply→選擇節(jié)點(diǎn)1，3→Apply→選擇節(jié)點(diǎn)3，4→Apply→OK(7)模型施加約束和外載添加位移的約束，分別將節(jié)點(diǎn)1X和Y方向、節(jié)點(diǎn)2Y方向、節(jié)點(diǎn)4的X和Y方向位移約束。ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→用鼠標(biāo)選擇節(jié)點(diǎn)1→Apply→Lab2DOFs:UX，UY，VALUE：0→Apply→用鼠標(biāo)選擇節(jié)點(diǎn)2→Apply→Lab2DOFs:UY，VALUE：0→Apply→用鼠標(biāo)選擇節(jié)點(diǎn)4→Apply→Lab2DOFs:UX,UY，VALUE：0→OK加載集中力ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/moment→OnNodes→用鼠標(biāo)選擇結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)2→Apply→FX，VALUE:20000→Apply→用鼠標(biāo)選擇結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)3→Apply→FY，VALUE:－25000→OK(9)分析計(jì)算ANSYSMainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK→ShouldTheSolveCommandbeExecuted?Y→Close(Solutionisdone!)→關(guān)閉文字窗口(10)結(jié)果顯示ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→Def+Undeformed→OK(返回到PlotResults)→ContourPlot→NodalSolu…→DOFsolution→Displacementvectorsum(可以看到位移云圖)ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→ListResults→Nodalsolution→DOFsolution→Displacementvectorsum(彈出的文本文件顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移)ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→ListResults→ReactionSolu→ALLitems→OK(彈出的文本文件顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)反力)(11)退出系統(tǒng)ANSYSUtilityMenu:File→Exit…→SaveEverything→OK2．完整的命令流以下為命令流語(yǔ)句。注意：以“!”打頭的文字為注釋內(nèi)容，其后的文字和符號(hào)不起運(yùn)行作用。關(guān)于命令流的調(diào)用方式見(jiàn)附錄B。!%%%%%%%%[典型例題]3.2.5(1)%%%%begin%%%%%%/PREP7!進(jìn)入前處理/PLOPTS,DATE,0!設(shè)置不顯示日期和時(shí)間!=====設(shè)置單元、材料，生成節(jié)點(diǎn)及單元ET,1,LINK1!選擇單元類型UIMP,1,EX,,,2.95e11,!給出材料的彈性模量R,1,1e-4,!給出實(shí)常數(shù)(橫截面積)N,1,0,0,0,!生成1號(hào)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)(0,0,0)N,2,0.4,0,0,!生成2號(hào)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)(0.4,0,0)N,3,0.4,0.3,0,!生成3號(hào)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)(0.4,0.3,0)N,4,0,0.3,0,!生成4號(hào)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)(0,0.3,0)E,1,2!生成1號(hào)單元(連接1號(hào)節(jié)點(diǎn)和2號(hào)節(jié)點(diǎn))E,2,3!生成2號(hào)單元(連接2號(hào)節(jié)點(diǎn)和3號(hào)節(jié)點(diǎn))E,1,3!生成3號(hào)單元(連接1號(hào)節(jié)點(diǎn)和3號(hào)節(jié)點(diǎn))E,4,3!生成4號(hào)單元(連接4號(hào)節(jié)點(diǎn)和3號(hào)節(jié)點(diǎn))FINISH!前處理結(jié)束!=====在求解模塊中，施加位移約束、外力，進(jìn)行求解/SOLU!進(jìn)入求解狀態(tài)(在該狀態(tài)可以施加約束及外力)D,1,ALL!將1號(hào)節(jié)點(diǎn)的位移全部固定D,2,UY，!將2號(hào)節(jié)點(diǎn)的Y方向位移固定D,4,ALL!將4號(hào)節(jié)點(diǎn)的位移全部固定F,2,FX,20000,!在2號(hào)節(jié)點(diǎn)處施加X(jué)方向的力(20000)F,3,FY,-25000,!在3號(hào)節(jié)點(diǎn)處施加Y方向的力(-25000)SOLVE!進(jìn)行求解FINISH!結(jié)束求解狀態(tài)!=====進(jìn)入一般的后處理模塊/POST1!進(jìn)入后處理PLDISP,1!顯示變形狀況FINISH!結(jié)束后處理!%%%%%%%%[典型例題]3.2.5(1)%%%%end%%%%%%【ANSYS算例】3.3.7(3)三梁平面框架結(jié)構(gòu)的有限元分析針對(duì)【典型例題】3.3.7(1)的模型，即如圖3-19所示的框架結(jié)構(gòu)，其頂端受均布力作用，用有限元方法分析該結(jié)構(gòu)的位移。結(jié)構(gòu)中各個(gè)截面的參數(shù)都為：，，，相應(yīng)的有限元分析模型見(jiàn)圖3-20。在ANSYS平臺(tái)上，完成相應(yīng)的力學(xué)分析。圖3-19框架結(jié)構(gòu)受一均布力作用（a）節(jié)點(diǎn)位移及單元編號(hào)（b）等效在節(jié)點(diǎn)上的外力圖3-20單元?jiǎng)澐?、?jié)點(diǎn)位移及節(jié)點(diǎn)上的外載解答對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行有限元分析的過(guò)程如下。1．基于圖形界面的交互式操作(stepbystep)(1)進(jìn)入ANSYS(設(shè)定工作目錄和工作文件)程序→Ansys→ANSYSInteractive→Workingdirectory(設(shè)置工作目錄)→Initialjobname(設(shè)置工作文件名):beam3→Run→OK(2)設(shè)置計(jì)算類型ANSYSMainMenu:Preferences…→Structural→OK(3)選擇單元類型ANSYSMainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete…→Add…→beam：2Delastic3→OK(返回到ElementTypes窗口)→Close(4)定義材料參數(shù)ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic:EX:3e11(彈性模量)→OK→鼠標(biāo)點(diǎn)擊該窗口右上角的“”來(lái)關(guān)閉該窗口(5)定義實(shí)常數(shù)以確定平面問(wèn)題的厚度ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add→Type1Beam3→OK→RealConstantSetNo:1(第1號(hào)實(shí)常數(shù)),Cross-sectionalarea:6.8e-4(梁的橫截面積)→OK→Close(6)生成幾何模型生成節(jié)點(diǎn)ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Creat→Nodes→InActiveCS→Nodenumber1→X:0,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber2→X:1.44,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber3→X:0,Y:0,Z:0→Apply→Nodenumber4→X:1.44,Y:0,Z:0→OK生成單元ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Element→AutoNumbered→ThruNodes→選擇節(jié)點(diǎn)1，2(生成單元1)→apply→選擇節(jié)點(diǎn)1，3(生成單元2)→apply→選擇節(jié)點(diǎn)2，4(生成單元3)→OK(7)模型施加約束和外載左邊加X(jué)方向的受力ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnNodes→選擇節(jié)點(diǎn)1→apply→Directionofforce:FX→VALUE：3000→OK→上方施加Y方向的均布載荷ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnBeams→選取單元1(節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2之間)→apply→VALI：4167→VALJ：4167→OK左、右下角節(jié)點(diǎn)加約束ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→選取節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4→Apply→Lab:ALLDOF→OK(8)分析計(jì)算ANSYSMainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK→ShouldtheSolveCommandbeExecuted?Y→Close(Solutionisdone!)→關(guān)閉文字窗口(9)結(jié)果顯示ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→Def+Undeformed→OK(返回到PlotResults)(10)退出系統(tǒng)ANSYSUtilityMenu:File→Exit…→SaveEverything→OK(11)計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證及MATLAB支反力計(jì)算結(jié)果一致。2．完全的命令流!%%%%%%%%%%[典型例題]3.3.7(3)%%%begin/PREP7!進(jìn)入前處理ET,1,beam3!選擇單元類型R,1,6.5e-7,6.8e-4!給出實(shí)常數(shù)(橫截面積、慣性矩)MP,EX,1,3e11!給出材料的彈性模量N,1,0,0.96,0!生成4個(gè)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)(0,0.96,0)，以下類似N,2,1.44,0.96,0N,3,0,0,0N,4,1.44,0,0E,1,2!生成單元(連接1號(hào)節(jié)點(diǎn)和2號(hào)節(jié)點(diǎn))，以下類似E,1,3E,2,4D,3,ALL!將3號(hào)節(jié)點(diǎn)的位移全部固定D,4,ALL!將4號(hào)節(jié)點(diǎn)的位移全部固定F,1,FX,3000!在1號(hào)節(jié)點(diǎn)處施加X(jué)方向的力(3000)SFBEAM,1,1,PRESS,4167!施加均布?jí)毫INISH!結(jié)束前處理狀態(tài)/SOLU!進(jìn)入求解模塊SOLVE!求解FINISH!結(jié)束求解狀態(tài)/POST1!進(jìn)入后處理PLDISP,1!顯示變形狀況FINISH!結(jié)束后處理!%%%%%%%%%%[典型例題]3.3.7(3)%%%end%%%%%實(shí)驗(yàn)一衍架的結(jié)構(gòu)靜力分析一、問(wèn)題描述 圖1所示為由9個(gè)桿件組成的衍架結(jié)構(gòu)，兩端分別在1，4點(diǎn)用鉸鏈支承，3點(diǎn)受到一個(gè)方向向下的力Fy,衍架的尺寸已在圖中標(biāo)出，單位：m。試計(jì)算各桿件的受力。圖1衍架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 其他已知參數(shù)如下:圖1衍架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 彈性模量（也稱揚(yáng)式模量）E=206GPa；泊松比μ=0.3； 作用力Fy=-1000N；桿件的橫截面積A=0.125m2顯然，該問(wèn)題屬于典型的衍架靜力分析問(wèn)題，通過(guò)理論求解方法（如節(jié)點(diǎn)法或截面法）也可以很容易求出個(gè)桿件的受力，但這里為什么要用ANSYS軟件對(duì)其分析呢？三、結(jié)果演示 通過(guò)使用ANSYS8.0軟件對(duì)該衍架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，其分析結(jié)果及理論計(jì)算結(jié)果如表1所示。表1ANSYS分析結(jié)果及理論計(jì)算結(jié)果的比較桿件序號(hào)123456789ANSYS分析結(jié)果/N333.33333.33666.67-471.400-666.67471.40666.67-947.81理論計(jì)算結(jié)果/N333.333333.333666.667-471.4050-666.667471.405666.667-942.809誤差/%0.500.1 比較結(jié)果表明，使用ANSYS分析的結(jié)果及理論計(jì)算結(jié)果的誤差不超過(guò)0.5%，因此，利用ANSYS軟件分析來(lái)替代理論計(jì)算是完全可行的。四、實(shí)訓(xùn)步驟（一）ANSYS8.0的啟動(dòng)及設(shè)置1． 啟動(dòng)。點(diǎn)擊：開(kāi)始>所有程序>ANSYS8.0>ANSYS，即可進(jìn)入ANSYS圖形用戶主界面。如圖2所示。其中，幾個(gè)常用的部分有應(yīng)用菜單，命令輸入欄，主菜單，圖形顯示區(qū)和顯示調(diào)整工具欄，分別如圖2所示。圖3Preference參數(shù)設(shè)置對(duì)話框2． 功能設(shè)置。電擊主菜單中的“Preference”菜單，彈出“參數(shù)設(shè)置”對(duì)話框，選中“Structural”復(fù)選框，點(diǎn)擊“OK”按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，如圖3所示。本步驟的目的是為了僅使用該軟件的結(jié)構(gòu)分析功能，以簡(jiǎn)化主菜單中各級(jí)子菜單的結(jié)構(gòu)。圖3Preference參數(shù)設(shè)置對(duì)話框圖4單元類型庫(kù)對(duì)話框圖5單元類型對(duì)話框3． 系統(tǒng)單位設(shè)置。由于ANSYS軟件系統(tǒng)默認(rèn)的單位為英制，因此，在分析之前，應(yīng)將其設(shè)置成國(guó)際公制單位。在命令輸入欄中鍵入“/UNITS，SI”圖4單元類型庫(kù)對(duì)話框圖5單元類型對(duì)話框（二）單元類型，幾何特性及材料特性定義圖6單元類型對(duì)話框圖7實(shí)常數(shù)對(duì)話框圖8材料特性對(duì)話框1．定義單元類型。電擊主菜單中的“Preference>ElementType>Add/Edit/Delete”，彈出對(duì)話框，點(diǎn)擊對(duì)話框中的“Add圖6單元類型對(duì)話框圖7實(shí)常數(shù)對(duì)話框圖8材料特性對(duì)話框的“Link”和“2Dspar1”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“OK”，關(guān)閉圖4對(duì)話框，返回至上一級(jí)對(duì)話框，此時(shí)，對(duì)話框中出現(xiàn)剛才選中的單元類型：LINK1，如圖5所示。點(diǎn)擊“Close”，關(guān)閉圖5所示對(duì)話框。注：2．定義幾何特性。在ANSYS中主要是實(shí)常數(shù)的定義：點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>RealContants>Add/Edit/Delete”,彈出對(duì)話框，點(diǎn)擊“Add…”按鈕，第二（1）步定義的LINK1單元出現(xiàn)于該對(duì)話框中，點(diǎn)擊“OK”，彈出下一級(jí)對(duì)話框，如圖6所示。在AREA一欄桿件的截面積0.125，點(diǎn)擊“OK”，回到上一級(jí)對(duì)話框，如圖7所示。點(diǎn)擊“Close”，關(guān)閉圖7所示對(duì)話框。3．定義材料特性。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels”,彈出對(duì)話框，如圖8所示,逐級(jí)雙擊右框中“Structural,Linear,Elastic,Isotropic”前圖標(biāo)，彈出下一級(jí)對(duì)話框，在彈性模量文本框中輸入：206E9，在泊松比文本框中輸入：0.3，如圖9所示，點(diǎn)擊“OK”返回上一級(jí)對(duì)話框，并點(diǎn)擊“關(guān)閉”按鈕，關(guān)閉圖8所示對(duì)話框。圖9材料特性參數(shù)對(duì)話框（三）衍架分析模型的建立圖9材料特性參數(shù)對(duì)話框圖11生成節(jié)點(diǎn)顯示圖10節(jié)點(diǎn)生成參數(shù)輸入對(duì)話框1． 生成節(jié)點(diǎn)。圖10所示衍架中共有6個(gè)節(jié)點(diǎn)，其坐標(biāo)根據(jù)已知條件容易求出如下：1（0，0，0），2（1，0，0），3（2，0，0），4（3，0，0），5（1，1，0），6（2，1，0）。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>InActiveCS”,彈出對(duì)話框.在“Nodenumber”一欄中輸入節(jié)點(diǎn)號(hào)1，在“XYZLocation”一欄中輸入節(jié)點(diǎn)1的坐標(biāo)（0，0，0），如圖10所示，點(diǎn)擊“Apply”圖11生成節(jié)點(diǎn)顯示圖10節(jié)點(diǎn)生成參數(shù)輸入對(duì)話框按鈕，在生成1節(jié)點(diǎn)的同時(shí)彈出及圖10一樣的對(duì)話框，同理將2-6點(diǎn)的坐標(biāo)輸入，以生成其余5個(gè)節(jié)點(diǎn)。此時(shí)，在顯示窗口上顯示所生成的6個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置，如圖11所示。圖12節(jié)點(diǎn)選擇對(duì)話框2．生成單元格。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes”,彈出“節(jié)點(diǎn)選擇”對(duì)話框，如圖12所示。依次點(diǎn)選節(jié)點(diǎn)1、2，點(diǎn)擊Apply按鈕，既可生成①單元。同理，分別點(diǎn)擊2、3；3、4；1、5；2、5；5、6；3、5；3、6；4、6可生成其余8個(gè)單元。生成后的單元如圖13所示。圖12節(jié)點(diǎn)選擇對(duì)話框（四）施加載荷圖13生成單元顯示1．施加位移約束。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Loads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes”,彈出及圖12所示類似的“節(jié)點(diǎn)選擇”對(duì)話框，點(diǎn)選1節(jié)后，然后點(diǎn)擊“Apply”按鈕，彈出對(duì)話框如圖14所示，選擇右上列表框中的“AllDOF”,并點(diǎn)擊“Apply”按鈕，彈出對(duì)話框如圖14所示，選擇右上列表框中的UY，并點(diǎn)擊“OK”按鈕，即可完成對(duì)節(jié)點(diǎn)4沿y方向的位移約束。圖13生成單元顯示圖14節(jié)點(diǎn)1的位移約束2．施加集中力載荷。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes”,彈出對(duì)話框如圖15所示，在“Directionofforce/mom”一項(xiàng)中選擇：“FY”，在“Force/Momentvalue”一項(xiàng)中輸入：-1000（注：負(fù)號(hào)表示力的方向及Y的正向相反），然后點(diǎn)擊“OK”按鈕關(guān)閉對(duì)話框，這樣，就在節(jié)點(diǎn)3處給桁架結(jié)構(gòu)施加了一個(gè)豎直向下的集中載荷。圖14節(jié)點(diǎn)1的位移約束圖15施加載荷說(shuō)明：根據(jù)圖1所示有限元分析的基本過(guò)程，到此為止，有限元分析的前置處理部分已經(jīng)結(jié)束。但在使用ANSYS軟件進(jìn)行分析的過(guò)程中，施加載荷這一步驟往往既可以在前置處理中完成（如本實(shí)訓(xùn)一樣），也可以在求解器中完成（如點(diǎn)擊主菜單中的“Solution>DefineLoads>Apply>Stuctural…”,實(shí)現(xiàn)過(guò)程完全一樣）。圖15施加載荷（五）開(kāi)始求解圖16求解對(duì)話框點(diǎn)擊主菜單中的“Solution>Solve>CurrentLS”,彈出對(duì)話框（圖16），點(diǎn)擊“OK”按鈕，開(kāi)始進(jìn)行分析求解。分析完成后，又彈出一信息窗口（圖17）提示用戶已完成求解，點(diǎn)擊“Close”按鈕關(guān)閉對(duì)話框即可。至于在求解時(shí)產(chǎn)生的STATUSCommand窗口，點(diǎn)擊“File>Close”關(guān)閉即可。圖16求解對(duì)話框圖17求解完成說(shuō)明：到此為止，有限元分析的求解器計(jì)算部分已經(jīng)結(jié)束。圖17求解完成（六）分析結(jié)果顯示圖18顯示變形圖設(shè)置圖2-3用戶主界面1．顯示變形圖。點(diǎn)擊主菜單中的“GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape”,彈出對(duì)話框如圖18所示。選中“Def+undeformed”選項(xiàng)，并點(diǎn)擊“OK”按鈕，即可顯示本實(shí)訓(xùn)桁架結(jié)構(gòu)變形前后的結(jié)果，如圖19所示。圖18顯示變形圖設(shè)置圖2-3用戶主界面圖20變形動(dòng)畫參數(shù)設(shè)置圖19用戶主界面2顯示變形動(dòng)畫。點(diǎn)擊應(yīng)用菜單（UtilityMenu）中的PlotCtrls>Animate>DeformedShape…,彈出對(duì)話框如圖20所示。選中Def+undeformed”選項(xiàng)，并在“Timedelay”文本框中輸入：0.1,然后點(diǎn)擊“OK”按鈕，即可顯示本實(shí)訓(xùn)桁架結(jié)構(gòu)的變性動(dòng)畫。由于集中力FY作用在3節(jié)點(diǎn)上，因此，3節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的位移最大。圖21是動(dòng)畫片、顯示桁架受力變形的過(guò)程，右邊窗口是動(dòng)畫顯示的控制窗口，可以暫停，也可以拖動(dòng)顯示進(jìn)度條。圖20變形動(dòng)畫參數(shù)設(shè)置圖19用戶主界面圖22顯示支反力參數(shù)設(shè)置對(duì)話框圖21動(dòng)畫仿真控制對(duì)話框3．列舉支反力計(jì)算結(jié)果。點(diǎn)擊主菜單中的“GeneralPostproc>ListResults>ReactionSolu”，彈出對(duì)話框如圖22所示。接受缺省設(shè)置，點(diǎn)擊“OK”按鈕關(guān)閉對(duì)話框，并彈出一列表窗口，顯示了兩鉸鏈點(diǎn)（1、4節(jié)點(diǎn)）所受的支反力情況，如圖23所示。圖22顯示支反力參數(shù)設(shè)置對(duì)話框圖21動(dòng)畫仿真控制對(duì)話框4.列舉各桿件的軸向力計(jì)算結(jié)果。點(diǎn)擊主菜單中的“GeneralPostproc>ListResult>ElementSolution”，彈出對(duì)話框如圖24所示，在中間列表框中移動(dòng)滾動(dòng)條至最后，選擇“BySequencenum”選項(xiàng)，右上列表框中選擇“SMISC”選項(xiàng)，右下文本框中輸入“SMISC，1”，點(diǎn)擊“OK”按鈕關(guān)閉對(duì)話框，并彈出一列表窗口，顯示了9說(shuō)明：到此為止，有限元分析的后置處理部分就可以結(jié)束了。實(shí)際上，ANSYS軟件的后置處理功能非常強(qiáng)大，除了能顯示上述結(jié)果外，還可以顯示其他許多結(jié)果，比如，各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)圖25顯示軸向力列表圖23顯示支反力列表生的位移（GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution）和各節(jié)點(diǎn)所受載荷（GeneralPostproc>ListResults>NodalLoads）等等，有興趣的讀者可自行嘗試。圖25顯示軸向力列表圖23顯示支反力列表（七）ANSYS軟件的保存及退出1．保存。點(diǎn)擊應(yīng)用菜單中的“File>SaveasJobname.db,ANSYS”自動(dòng)將結(jié)果保存，缺省的文件名為：下次打開(kāi)時(shí)，可直接點(diǎn)擊“file.db”2．退出。點(diǎn)擊應(yīng)用菜單中的“File>Exit…”，彈出保存對(duì)話框，選中“SaveEverything”，點(diǎn)擊“OK”按扭，即可退出ANSYS。圖24單元求解結(jié)果參數(shù)選擇對(duì)話框圖24單元求解結(jié)果參數(shù)選擇對(duì)話框?qū)嶒?yàn)二三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的分析介紹三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的有限元分析。一、問(wèn)題描述圖25所示為一工字鋼梁，兩端均為固定端，其截面尺寸為，。試建立該工字鋼梁的三維實(shí)體模型，并在考慮重力的情況下對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析。其他已知參數(shù)如下：圖25工字鋼結(jié)構(gòu)示意圖彈性模量（也稱楊式模量）E=206GPa；泊松比；圖25工字鋼結(jié)構(gòu)示意圖材料密度；重力加速度；作用力Fy作用于梁的上表面沿長(zhǎng)度方向中線處，為分布力，其大小Fy=-5000N三、結(jié)果演示圖27單元類型對(duì)話框圖26單元類型庫(kù)對(duì)話框使用ASSYS8。0軟件對(duì)該工字鋼梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析，顯示其節(jié)點(diǎn)位移云圖。圖27單元類型對(duì)話框圖26單元類型庫(kù)對(duì)話框四、實(shí)訓(xùn)步驟（一）ASSYS8.0的啟動(dòng)及設(shè)置及實(shí)訓(xùn)1第一步驟完全相同，請(qǐng)參考。（二）單元類型、幾何特性及材料特性定義圖28材料特性參數(shù)對(duì)話框1定義單元類型。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete”，彈出對(duì)話框，點(diǎn)擊對(duì)話框中的“Add…”按鈕，又彈出一對(duì)話框（圖26），選中該對(duì)話框中的“Solid”和“Brick8node45”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“OK”，關(guān)閉圖26對(duì)話框，返回至上一級(jí)對(duì)話框，此時(shí)，對(duì)話框中出現(xiàn)剛才選中的單元類型：Solid45，如圖27所示。點(diǎn)擊“Close”，關(guān)閉圖27所示對(duì)話框。注：Solid45單元用于建立三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的有限元分析模型，該單元由8個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有X、Y、Z方向的三個(gè)移動(dòng)自由度圖28材料特性參數(shù)對(duì)話框圖28材料特性對(duì)話框2．定義材料特性。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels”，彈出窗口如圖28所示，逐級(jí)雙擊右框中“Structural\Linear\Elastic\Isotropic”前圖標(biāo)，彈出下一級(jí)對(duì)話框，在“彈性模量”（EX）文本框中輸入：2.06e11，在“泊松比”（PRXY）文本框中輸入：0.3，如圖29所示，點(diǎn)擊“OK”按鈕，回到上一級(jí)對(duì)話框，然后，雙擊右框中的“Density”選項(xiàng)，在彈出對(duì)話框的“DENS”一欄中輸入材料密度：7800，點(diǎn)擊“OK”按鈕關(guān)閉對(duì)話框。最后，點(diǎn)擊圖2-31所示窗口右上角“關(guān)閉”該窗口。圖28材料特性對(duì)話框（三）工字鋼三維實(shí)體模型的建立圖30節(jié)點(diǎn)生成參數(shù)輸入對(duì)話框1．生成關(guān)鍵點(diǎn)。圖30所示的工字鋼梁的橫截面由12個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)連線而成，其各點(diǎn)坐標(biāo)分別為：1（-0.08,0,0）、2（0.08,0,0）、3（0.08,0.02,0）、4（0.015,0.02,0）、5（0.015,0.18,0）、6（0.08,0.18,0）、7（0.08,0.20,0）、8（-0.08,0.20,0）、9（-0.08,0.18,0）、10（-0.015,0.18,0）、11（-0.015,0.02,0）、12（-0.08,0.02,0）。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Modeling>Create>圖30節(jié)點(diǎn)生成參數(shù)輸入對(duì)話框Keypoints>InActiveCS”，彈出對(duì)話框。在“Keypointnumber”一欄中輸入關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)1，在“XYZLocation”一欄中輸入關(guān)鍵點(diǎn)1的坐標(biāo)（-0.08，0，0），如圖30所示，點(diǎn)擊“Apply”按鈕，同理將2~12點(diǎn)的坐標(biāo)輸入，此時(shí)，在顯示窗口上顯示所生成的12個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的位置。圖31生成直線顯示圖32面選擇對(duì)話框2．生成直線。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>StraightLine”，彈出關(guān)鍵點(diǎn)選擇對(duì)話框，依次點(diǎn)選關(guān)鍵點(diǎn)1、2，點(diǎn)擊“Apply”圖31生成直線顯示圖32面選擇對(duì)話框圖33平面拉伸成體的參數(shù)設(shè)置3．生成平面。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ByLines”，彈出“直線選擇”對(duì)話框，依次點(diǎn)選1~12直線，點(diǎn)擊“OK”按鈕關(guān)閉對(duì)話框，即可生成工字鋼的橫截面。圖33平面拉伸成體的參數(shù)設(shè)置4．生成三維實(shí)體。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Modeling>>Operate>Extrude>Areas>AlongNormal”，彈出平面選擇對(duì)話框32，點(diǎn)選上一步驟生成的平面，點(diǎn)擊“OK”按鈕。之后彈出另一對(duì)話框33，在“DIST”一欄中輸入：1（工字鋼梁的長(zhǎng)度），其他保留缺省設(shè)置，點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框，即可生成工字鋼梁的三維實(shí)體模型。如圖34所示。圖34工字鋼梁三維實(shí)體模型（四）網(wǎng)絡(luò)劃分圖34工字鋼梁三維實(shí)體模型圖36劃分網(wǎng)格后的工字鋼梁模型1．設(shè)定單元大小。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Meshing>MeshTool”,彈出對(duì)話框，在“SizeControl”標(biāo)簽中的Global一欄點(diǎn)擊Set按鈕，彈出“網(wǎng)格尺寸設(shè)置”對(duì)話框，在SIZE一欄中輸入：0.02，其他保留缺省設(shè)置，點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框。圖36劃分網(wǎng)格后的工字鋼梁模型2．接著上一步，在圖35的劃分網(wǎng)格的對(duì)話框中，選中單選框“Hex”和“Sweep”，其他保留缺省設(shè)置，然后點(diǎn)擊“Sweep”按鈕，彈出體選擇對(duì)話框，點(diǎn)選34中的工字鋼梁實(shí)體，并點(diǎn)擊OK按鈕，即可完成對(duì)整個(gè)實(shí)體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分，其結(jié)果如36所示。（五）施加載荷1．施加位移約束。點(diǎn)擊主菜單的“Preprecessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structuaral>Displacemengt>OnAreas”，彈出面選擇對(duì)話框，點(diǎn)擊該工字梁的左端面，點(diǎn)擊“OK”按鈕，彈出對(duì)話框如圖示，選擇右上列表框中的“AllDOF”，并點(diǎn)擊“OK”按鈕，即可完成對(duì)左端面的位移約束，相當(dāng)于梁的固定端。同理，對(duì)工字鋼的右端面進(jìn)行固定端約束。2．施加分布力（Fy）載荷。（1）選擇施力節(jié)點(diǎn)。點(diǎn)擊應(yīng)用菜單中的“Select>Entities...”，彈出對(duì)話框如圖37所示，在第一個(gè)列表框中選擇“Nodes”選項(xiàng)，第二個(gè)列表框中選擇“ByLocation”選項(xiàng)，選中“Zcoordinates”單選框，并在“Min,Max”參數(shù)的文本框中輸入：0.5（表示選擇工字鋼梁沿的中間橫截面上的所有節(jié)點(diǎn)），其他參數(shù)保留缺省設(shè)置，點(diǎn)擊“Apply”按鈕完成選擇。點(diǎn)擊“Plot”按鈕，在顯示窗口上顯示出工字鋼梁中間橫截面上的所有節(jié)點(diǎn)。然后，在圖37所示對(duì)話框中選中“Ycoordinates”單選框，在“Min,Max”參數(shù)文本框中輸入：0.2（表示工字鋼梁的上表面），選中“Reselect”（表示在現(xiàn)有活動(dòng)節(jié)點(diǎn)——即上述選擇的中間橫截面中，再選擇y坐標(biāo)等于0.2的節(jié)點(diǎn)為活動(dòng)節(jié)點(diǎn)）單選框，其他參數(shù)保留缺省設(shè)置（參見(jiàn)圖37），然后依次點(diǎn)擊“Apply”和“Plot”按鈕，即可在顯示窗口上顯示出工字鋼梁上表面沿長(zhǎng)度方向中線處的一組節(jié)點(diǎn)，這組節(jié)點(diǎn)即為施力節(jié)點(diǎn)。圖35網(wǎng)格劃分對(duì)話框（2）施加載荷。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnLoads”，彈出“節(jié)點(diǎn)選擇”對(duì)話框，點(diǎn)擊“PickAll”按鈕，即可選中（1）中所選擇的這組需要施力的節(jié)點(diǎn)，之后彈出另一個(gè)對(duì)話框，在該對(duì)話框中的“Directionofforce/mom”一項(xiàng)中選擇：“FY,在Force/momentvalue”一項(xiàng)中輸入：-5000（注：負(fù)號(hào)表示力的方向及Y的方向相反），其他保留缺省裝置，如圖38所示，然后點(diǎn)擊“OK”按鈕關(guān)閉對(duì)話框，這樣，通過(guò)在該組節(jié)點(diǎn)上施加及Y向相反的作用力，就可以模擬該實(shí)訓(xùn)中所要求的分布力Fy=-5000N。圖35網(wǎng)格劃分對(duì)話框（3）恢復(fù)選擇所有節(jié)點(diǎn)。在求解之前必須選擇所有已創(chuàng)建的對(duì)象為活動(dòng)對(duì)象（如點(diǎn)、線、面、體、單元等），否則求解會(huì)出錯(cuò)。因此，點(diǎn)擊應(yīng)用菜單中的“Select>Everything”，即可完成該項(xiàng)工作。圖37節(jié)點(diǎn)選擇需要注意的是，此時(shí)顯示窗口僅顯示施力節(jié)點(diǎn)及作用力的方向箭頭。若要顯示整個(gè)工字鋼梁的網(wǎng)絡(luò)模型，可點(diǎn)擊應(yīng)用菜單中的“Plot>Elements”即可。圖37節(jié)點(diǎn)選擇3．施加重力載荷。點(diǎn)擊主菜單中的“Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity”,在彈出對(duì)話框的“ACELY”一欄中輸入：9.8（表示沿Y方向的重力加速度為9.8m/s，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)利用密度等參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算），其他保留缺省設(shè)置，點(diǎn)擊“OK”關(guān)閉對(duì)話框。到此為止，有限元分析的前置處理部分已經(jīng)結(jié)束。（六）求解點(diǎn)擊主菜單中的“Solution>Solve>CurrentLS”，在彈出對(duì)話框中點(diǎn)擊“OK”按鈕，開(kāi)始進(jìn)行分析求解。分析完成后，又彈出一信息窗口提示用戶已完成求解，點(diǎn)擊“Close”按鈕關(guān)閉對(duì)話框即可。至于在求解時(shí)產(chǎn)生的STATUSCommand窗口，點(diǎn)擊“File>Close”關(guān)閉即可。說(shuō)明：到此為止，有限元分析的求解部分已經(jīng)結(jié)束。（七）分析結(jié)果瀏覽1．繪制節(jié)點(diǎn)位移云圖。點(diǎn)擊主菜單中的“GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu”，彈出對(duì)話框，選中右上列表框“Translation”欄中的“UY”選項(xiàng)，其他保留缺省設(shè)置。點(diǎn)擊“OK”按鈕，即可顯示本實(shí)訓(xùn)工字鋼梁各節(jié)點(diǎn)在重力和Fy作用下的位移云圖，如圖40所示。同理，通過(guò)在圖39所示對(duì)話框中選擇不同的選項(xiàng)，也可以繪制各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力以及沿其他方向的云圖。圖38施加載荷時(shí)的參數(shù)設(shè)置圖39節(jié)點(diǎn)位移顯示設(shè)置2．列舉各節(jié)點(diǎn)的位移解。點(diǎn)擊主菜單中的GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu”，彈出對(duì)話框如圖39所示，全部保留缺省設(shè)置，點(diǎn)擊“OK”按鈕關(guān)閉對(duì)話框，并彈出一列表窗口，顯示了該工字鋼梁各節(jié)點(diǎn)的位移情況，顯然，由于受力方向?yàn)閥方向，因此，從窗口數(shù)據(jù)看出，各節(jié)點(diǎn)沿y的位移最大。圖38施加載荷時(shí)的參數(shù)設(shè)置圖39節(jié)點(diǎn)位移顯示設(shè)置3．顯示變形動(dòng)畫。點(diǎn)擊應(yīng)用菜單(Utility>Menu)中的“PlotCtrls>Animate>DeformedResults...)，在彈出的對(duì)話框中的“Timedelay”文本框中輸入：0.1，并選中右列表框中的“UY”選項(xiàng)，其他保留缺省設(shè)置，點(diǎn)擊“OK”按鈕關(guān)閉對(duì)話框，即可顯示本實(shí)訓(xùn)工字鋼梁的變形動(dòng)畫。由于分布力Fy作用于梁中間，可以看出Fy對(duì)梁的局部作用過(guò)程。圖40節(jié)點(diǎn)位移云圖說(shuō)明：到此為止，有限元分析的后置部分已經(jīng)結(jié)束。及實(shí)驗(yàn)一一樣，本實(shí)驗(yàn)還可以顯示其他許多結(jié)果。例如，各單元沿各方向產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變等內(nèi)容，有興趣的讀者可自行嘗試。圖40節(jié)點(diǎn)位移云圖（八）ANSYS軟件的保存及退出實(shí)驗(yàn)三變截面高速軸的最優(yōu)化設(shè)計(jì)圖41軸的簡(jiǎn)圖一、 問(wèn)題描述圖41軸的簡(jiǎn)圖 在圖41所示的變截面軸上，安裝有一個(gè)質(zhì)量為Q的輪子。軸的長(zhǎng)度為3,各段長(zhǎng)度已知，要求解決的問(wèn)題是確定在滿足動(dòng)力穩(wěn)定性條件下，軸的質(zhì)量最小時(shí)的直徑和。 該問(wèn)題的分析過(guò)程如下：選擇設(shè)計(jì)變量。此最優(yōu)化問(wèn)題有兩個(gè)設(shè)計(jì)變量，即要求確定的軸直徑和。建立目標(biāo)函數(shù)。以軸的質(zhì)量作為目標(biāo)函數(shù)，選用材料的密度為，則目標(biāo)函數(shù)如下： 3.確定約束條件。當(dāng)軸的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到其臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的角速度或橫向振動(dòng)（彎曲振動(dòng)）的固有頻率時(shí)，軸便處于共振狀態(tài)。在大多數(shù)情況下，需要進(jìn)行這種動(dòng)力穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的軸，其質(zhì)量總小于輪子的質(zhì)量Q，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在確定時(shí)時(shí)常忽略，而簡(jiǎn)化為單自由度的振動(dòng)問(wèn)題。因此，軸的橫向振動(dòng)的固有頻率為：式中g(shù)為重力加速度；u為軸的中間截面處的靜撓度。 按照?qǐng)D41給出的條件，根據(jù)材料力學(xué)可求得： 式中E為材料的彈性模量。 為保證軸在工作時(shí)的動(dòng)力穩(wěn)定性，應(yīng)使 式中K為大于1的安全系數(shù)。 將u的表達(dá)式及代入上式，經(jīng)過(guò)整理后得到動(dòng)力穩(wěn)定性所要求的等式約束條件為： 另外，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸要求的條件為： 因此，裝有一個(gè)重輪的變截面高速旋轉(zhuǎn)直軸，當(dāng)以軸的質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)時(shí)，其最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型為：圖43LINGO程序主界面二、實(shí)訓(xùn)目的圖43LINGO程序主界面 理解“最優(yōu)化設(shè)計(jì)”的概念和方法；了解“最優(yōu)化設(shè)計(jì)”的建模方法；了解“最優(yōu)化設(shè)計(jì)”問(wèn)題的解決過(guò)程；了解LINGO的編程、方法和求解過(guò)程。圖42求解結(jié)果三、結(jié)果演示圖42求解結(jié)果圖42為此問(wèn)題的求解結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)步驟 選擇材料密度，材料彈性模量，應(yīng)用LINGO程序?qū)?wèn)題進(jìn)行最優(yōu)化求解，具體操作過(guò)程如下：運(yùn)行LINGO程序。LINGO程序主界面如圖43所示。2.點(diǎn)擊下拉菜單“File”，選擇“New”或者單擊工具欄中的按鈕，新建一個(gè)優(yōu)化實(shí)例模型LINGOModel(*.lg4).3.在LINGOModel窗口建立模型，輸入以下程序語(yǔ)句：（注意：每一句后面要以分號(hào)“；”作為語(yǔ)句的結(jié)束。冒號(hào)“：”和分號(hào)“；”要在英文狀態(tài)下輸入。）model:L=0.4;Q=2;!輪子的質(zhì)量p=7.8*10^3;!材料密度;Mg=(3.14*L*p/4)*(2*d1^2+d2^2);!軸的質(zhì)量;min=Mg;!目標(biāo)函數(shù);!直徑約束條件如下;圖44求解狀態(tài)窗口d11=0.01;圖44求解狀態(tài)窗口d12=0.4;d1>=d11;d1<=d12;!直徑約束條件如下;d21=0.01;d22=0.4;d2>=d21;d2<=d22;E=200*10^9;!料性彈材模量;g=9.8;!重力加速度;w=3000;!軸的轉(zhuǎn)速;k=1.3;!安全系數(shù);(3.14*E*g)/(10.67*Q*l^3*w^2*k^2)-((1/d1^4)+(2.38/d2^4))=0;!約束條件;END4.模型建立完成后要對(duì)模型進(jìn)行求解：?jiǎn)螕粝吕藛巍癓INGO”選擇“Solve”，或者單擊工具欄中的模型求解命令按鈕。LINGO程序會(huì)彈出“LINGOSolveStatus”窗口和“SolutionReport”窗口。在“LINGOSolveStatus”窗口中列出了求解器的有關(guān)信息，如圖44所示，在“SolutionReport”窗口中列出了完整的模型求解過(guò)程，如圖42所示。實(shí)驗(yàn)四壓桿的最優(yōu)化設(shè)計(jì)一、問(wèn)題描述 圖45所示的空心壓桿兩端受軸向外載荷P。軸的內(nèi)徑為，外徑為，支承間距尺寸為。試確定壓桿的結(jié)構(gòu)尺寸、和，以保證在壓桿不產(chǎn)生屈服并且不破壞壓桿穩(wěn)定性條件下，壓桿的體積和重量最小。 該問(wèn)題的分析過(guò)程如下： 壓桿為細(xì)長(zhǎng)直桿，承受軸向壓力，會(huì)因軸向壓力達(dá)到臨界值時(shí)突然彎曲而失去穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)壓桿，除應(yīng)使其壓力不超過(guò)材料的彈性極限外，還必須使其承受的軸向壓力小于壓桿的臨界載荷。 壓桿在機(jī)械裝置中應(yīng)用的例子較多，例如在液壓機(jī)構(gòu)中當(dāng)活塞的行程足夠大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致活塞桿足夠長(zhǎng)，這種細(xì)長(zhǎng)的活塞桿便是壓桿。 根據(jù)歐拉壓桿公式，對(duì)及兩端均為鉸支的壓桿，其臨界載荷為圖45壓桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖45壓桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖式中E為壓桿材料的彈性模量；J為壓桿橫截面的最小慣性矩，EJ為抗彎剛度；L為壓桿長(zhǎng)度。 將歐拉公式推廣到端部不同約束的壓桿，則上式變?yōu)槭街袨殚L(zhǎng)度折算系數(shù)，其值將隨壓桿兩端約束形式的不同而異。當(dāng)兩端鉸支時(shí)??；一端固定，另一端自由時(shí)??；一端固定，另一端鉸支時(shí)??；兩端均固定時(shí)，取。 由歐拉公式可知，及成正比。合理的設(shè)計(jì)壓桿截面形狀，使其材料盡量遠(yuǎn)離形心分布，就能使J增大而提高壓更的抗彎剛度EJ，增大臨界載荷。所以在相同截面面積的條件下，管狀壓桿比實(shí)心壓桿有更大的臨界載荷。 以管狀壓桿的內(nèi)徑，外徑，長(zhǎng)度作為設(shè)計(jì)變量，以其體積或重量作為目標(biāo)函數(shù)，以壓桿不產(chǎn)生屈服和不破壞軸向穩(wěn)定性以及其尺寸約束條件，則管狀壓桿最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型為式中分別為大于1的安全系數(shù)；P為設(shè)計(jì)給定的外載荷。二、實(shí)訓(xùn)目的 理解“最優(yōu)化設(shè)計(jì)”的概念和方法；了解“最優(yōu)化設(shè)計(jì)”的建模方法；了解“最優(yōu)化設(shè)計(jì)”問(wèn)題的解決過(guò)程；了解LINGO的編程、方法和求解過(guò)程。三、實(shí)驗(yàn)步驟 1.運(yùn)行LINGO程序。LINGO程序主界面如圖3-3所示。2.點(diǎn)擊下拉菜單，選擇或者單擊工具欄中的按鈕，新建一個(gè)優(yōu)化實(shí)例模型LINGOModel(*.lg4)。 3.在“LINGOModel”窗口建立模型，輸入以下程序語(yǔ)句： Model: min=3.14*(d2^2-d1^2)*L/4;!目標(biāo)函數(shù)； !內(nèi)徑約束條件如下; d1min=0.02; d1max=0.03; d1>=dimin; d1<=d1max; !外徑約束條件如下; d2min=0.02; d2max=0.03; d2>=d2min; d2<=d2max; !長(zhǎng)度約束條件如下; Lmin=0.1; Lmax=1; L>=Lmin; L<=Lmax;!定義安全系數(shù); a=1.2; b=1.3; !外加載荷20kN; P=20*10^3; E=200*10^9; !彈性模量; C=350*10^6; !材料抗壓極限; (4*a*P)/(3.14*(d2^2-d1^2))<=C; !不產(chǎn)生屈服的約束條件; u=0.5; !長(zhǎng)度折算系數(shù); J=3.14*(d2^4-d1^4)/64; !剛度系數(shù);圖46求解狀態(tài)窗口 P<=(3.14^2*E*J)/(b*(u*L)^2);圖46求解狀態(tài)窗口 END4.模型建立完成后要對(duì)模型進(jìn)行求解：?jiǎn)螕粝吕藛巍癓INGO”選擇“Sovle”，或者單擊工具欄中的模型求解命令按鈕。LINGO程序會(huì)彈出“LINGOSolveStatus”窗口和“SolutionReport”窗口。在“SolutionReport”窗口中會(huì)列出完整的模型求解過(guò)程，在“LINGOSolveStatus”窗口中列出了求解器的有關(guān)信息，如圖46所示。實(shí)驗(yàn)五懸臂梁的可靠度分析一、問(wèn)題描述如圖47所示，長(zhǎng)度L=2m的懸臂梁，自由端受集中力F=50KN作用。彈性模量E=3.0e7kPa，泊松比v=0.17。懸臂梁截面：面積二、實(shí)驗(yàn)步驟1)建立有限元模型圖47自由端受集中力F=50KN作用(1)定義分析標(biāo)題:UtilityMenu->File->ChangeTitle,輸入”ProbabilisticDesignofabeam”圖47自由端受集中力F=50KN作用，單擊OK。(2)定義參數(shù)初始值：UtilityMenu->Parameters->ScalarParameters,打開(kāi)數(shù)值參數(shù)對(duì)話框。在Selection編輯欄中輸入F＝50，按Enter鍵：輸入E＝3．0E7，按Enter鍵；單擊C1ose關(guān)閉數(shù)值參數(shù)對(duì)話框。(3)定義單元類型：MainMenu->Preprocessor->ElementType->Add/Edit/Delete,出現(xiàn)ElementTypes列表框。單擊Add出現(xiàn)單元類型庫(kù)對(duì)話框，左側(cè)列表中選擇StructuralBeam，右側(cè)列表中選擇2DElastic3，單擊OK。(4)定義實(shí)常數(shù)：MainMenu->Preprocessor->RealConstants->Add/Edit/Delete,出現(xiàn)RealConstants列表框。單擊Add出現(xiàn)E1ementTypeforRealConstants對(duì)話框，單擊OK，出現(xiàn)RealConstantSetNumber1,ForBeam3對(duì)話框。在AREA中輸入0.04，IZZ中輸入0.0003，HEIGHT中輸入0.2，單擊OK。單擊Close關(guān)閉RealConstants列表框.(5)定義材料特性：MainMenu->Preprocessor->MaterialProps->MaterialModels,在DefineMaterialModelBehavior窗口中，雙擊Structural->Linear->Elastic->Isotropic。在出現(xiàn)的對(duì)話框中，在Ex中輸入3.0E7，在PRXY中輸入0.17，單擊OK,MaterialModell出現(xiàn)在MaterialModelsDefined窗口左側(cè)列表中，選擇菜單Material->Exit退出。(6)建立模型：MainMenu->Preprocessor->Create->Keypoints->InActiveCS,出現(xiàn)CreateKeypointsinActiveCoordinateSystem對(duì)話框。在LocationinActiveCS中輸入0，0，0，單擊Apply,輸入2，0，0，單擊OK,圖形窗口出現(xiàn)2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。執(zhí)行MainMenu->Preprocessor->Create->Lines->StraightLine，出現(xiàn)CreateStraightLine選擇框。在圖形窗口中依次選擇l、2關(guān)鍵點(diǎn)，單擊OK生成一直線段。(7)定義線的屬性：MainMenu->Preprocessor->Define->AllLines，出現(xiàn)Lineattributes對(duì)話框。將PickOrientationKeypoint激活為YES，單擊OK，出現(xiàn)Lineattributes選擇框，在選擇框單擊OK。(8)劃分網(wǎng)格：Menu->Preprocessor->->MeshTool,出現(xiàn)MeshTool對(duì)話框。單擊Lines右側(cè)的Set，出現(xiàn)ElementSizeonPicked選擇框，單擊PickA11，出現(xiàn)ElementSizeonPickedlines對(duì)話框。在NDIV中輸入20，單擊OK，在圖形窗口中每段弧線以20段均分線段表示。在MeshTool對(duì)話框中單擊Mesh，出現(xiàn)MeshLines選擇框，單擊PickAll生成單元。(9)定義分析類型：Menu->Solution->UnabridgedMenu->NewAnalysis．出現(xiàn)NewAnalysis對(duì)話框，選樣Static,單擊OK。(10)施加約束及荷載：Menu->Solution->Loads->Apply->Displacement->OnNodes，出現(xiàn)ApplyUROTonNodes選擇框。在圖形窗口中選擇左端節(jié)點(diǎn)，在選擇框中單擊Ok出現(xiàn)ApplyUROTonNodes對(duì)話框。選中A11DOF單擊OK。約束標(biāo)識(shí)出現(xiàn)在圖形窗口。執(zhí)行Menu->Solution->Loads->Apply->Force/Moment->OnNodes，出現(xiàn)ApplyF/MonNodes選擇框，選擇右端節(jié)點(diǎn)，單擊OK，出現(xiàn)ApplyF/MonNodes對(duì)話框。在Lab中選樣FY，在Value中輸入“F”，單擊OK，集中力標(biāo)識(shí)出現(xiàn)在梁的自由端。(11)保存數(shù)據(jù)庫(kù)文件：UtilityMenu->File->SaveasJobname.db。(12)求解：Menu->Solution->Loads->Solve->CurrentLS，查看求解信息，關(guān)閉求解狀態(tài)窗口，單擊OK開(kāi)始求解。求解完成后單擊Close關(guān)閉求解信息框。(13)讀出數(shù)據(jù)：MainMenu->GeneralPostproc->ElementTable->DefineTable，得到ElementTableData對(duì)話框.單擊Add，得到DefineAdditionElementaryTableItem對(duì)話框.在UserLabel編輯框中輸入SMIN_I，在Item列表框中選擇BySequenceNum，征Comp列表框中選擇NMISC,在Comp列表框下方的編輯框中輸入“NMISC，2”，單擊Apply；再次在UserLabel編輯框中輸入SMIN_J，在Item列表框中選擇BySequenceNum，征Comp列表框中選擇NMISC,在Comp列表框下方的編輯框中輸入“NMISC，4(14)單元表應(yīng)力數(shù)據(jù)排序：MainMenu->GeneralPostproc->->ListResult->SortElems,得到SortElement對(duì)話框。在ORDER中選擇Descendingorder，在KABS中激活Yes選項(xiàng)，Item，Comp中選擇SMIN—I，單擊OK，對(duì)單元表數(shù)據(jù)SMIN—I按絕對(duì)值降序排列。提取應(yīng)力數(shù)據(jù)：在輸入對(duì)話框中輸入*GET,SMINI，SORT，，MAX，提取單元I端絕對(duì)值最大應(yīng)力數(shù)據(jù)。執(zhí)行類似的操作：MainMenu->GeneralPostproc->->ListResult->SortElems,得到SortElement對(duì)話框。在ORDER中選擇Descendingorder，在KABS中激活Yes選項(xiàng)