ANSYS中梁單元的放置方向-以組合門字架為例

2017-03-11  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

導讀:

要確定梁的放置方向,但是不知道怎么定義方向關鍵點,不會確定單元坐標系Z軸的方向,請問怎么設置?

一、問題描述

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一個門字架,跨度L=6 m,集中力P=30 kN,彈性模量E=210 GPa,泊松比μ=0.3。工字鋼截面W1= W2= 140 mm,W3=360 mm,t1= t2= 12.8 mm,t3=7.5 mm。計算在水平集中力作用下的彎矩。

計算結果

彎矩圖

軸力圖

x方向位移云圖

正應力云圖

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二、理論計算

參考教材:龍馭球. 結構力學(第二版) [M]. 北京: 高等教育出版社, 2011: 278-279.

二、GUI步驟

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1.定義單元屬性

(1)定義單元類型:

①指定單元類型:Main Menu> Preprocessor >Element Type >Add/ Edit/ Delete→ Add→ 在左列表框中選擇Beam,在右列表框中選擇2 node 188 →OK。

②設置單元選項:Options →Element behavior K3:Cubic Form(三次形函數)→OK。LinearForm(一次形函數),Quadratic Form(二次形函數),Cubic Form(三次形函數)。

(2)設置材料屬性:Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models→ Structural→ Linear→ Elastic→ Isotropic→ EX:2.1e5,PRXY: 0.3→ OK。

(3)定義截面:Main Menu> Preprocessor>Sections> Beam> Common Sections→ID: 1;在Sub-Type下拉框選擇工字鋼圖形→ W1 ,W2 , W3 ,t1,t2 和t3分別輸入140, 140, 360, 12.8, 12.8和7.5→ Meshview→ 在Coarse Fine上選擇1→ Meshview→ OK。

Y和Z坐標是單元坐標系的坐標,其中Z坐標是方向關鍵點的指向。

定義截面時各種截面的Z軸都朝向!

3.建立幾何模型

(1)生成關鍵點:Main Menu> Preprocessor>Modeling> Create> Keypoints> In Active CS→ 依次輸入關鍵點的坐標:1(0,0,0),2(0,3e3,0),3(6e3,3e3,0),4(6e3,0,0),5(-0.5e3,0,0),6(0,3.5e-3,0)和7(6.5e-3,0,0)→ OK。關鍵點5、6和7是方向關鍵點。

(2)創建直線:Main Menu> Preprocessor> Modeling>Create> Lines> Lines> Straight Line→ 依次拾取1和2,2和3,3和4創建三條直線→ OK。

(3)查看線的方向:

①切換到Isometic View視圖。

②打開關鍵點和線編號:Utility Menu> PlotCtrls>Numbering→ 框選KP: On,LINE: On→ OK。

③顯示關鍵點和線:Utility Menu> Plot> Multi-Plots。

④顯示線的方向:Utility Menu> PlotCtrls>Symbols→ LDIR: On→ OK。

線的箭頭指向就是線的方向,也就是梁單元坐標系的X方向。

4.劃分梁單元網格

(1)設置線的單元屬性,包括方向關鍵點。指向關鍵點的方向就是梁單元坐標系的Z方向。

①Main Menu> Preprocessor> Meshing> Mesh Tool→在ElementAttributes下方選擇Lines Set→ 拾取線L1→ OK→ 選擇MAT: 1,TYPE: 1,SECT: 1,Pick Oriention Keypoint(s): Yes→ OK→拾取方向關鍵點5→ OK。

②在Mesh Tool的ElementAttributes下方選擇Lines Set→ 拾取線L2→ OK→ 選擇MAT: 1,TYPE: 1,SECT: 1,Pick Oriention Keypoint(s):Yes→ OK→ 拾取方向關鍵點6→ OK。

③在Mesh Tool的ElementAttributes下方選擇Lines Set→ 拾取線L3→ OK→ 選擇MAT: 1,TYPE: 1,SECT: 1,Pick Oriention Keypoint(s):Yes→ OK→ 拾取方向關鍵點7→ OK。

(2)設置單元尺寸:Main Menu> Preprocessor>Meshing> Mesh Tool→ 在Size Controls下方選擇Global Set→ SIZE:0.5e3→OK。

(3)劃分梁單元:Main Menu> Preprocessor> Meshing> Mesh Tool→ Mesh:Lines→ Mesh。

(4)打開梁單元的單元坐標系:Utility Menu> PlotCtrls>Symbols→ ESYS: On→ OK。檢查梁單元的單元坐標系,并記錄每條線上梁單元坐標系。

指向關鍵點的方向是梁單元坐標系的Z方向。

錯誤的擺放 正確的擺放

(5)打開梁單元的單元形狀:Utility Menu> PlotCtrls>Style> Size and Shape→ [/ESHAPE]: On。

核對梁單元的擺放位置是否與實際一致,體會通過方向關鍵點定義梁單元坐標系方向的方法,結合創建梁單元截面時的初始擺放位置,體會梁單元坐標系與梁擺放位置之間的關系。

5.施加邊界條件并求解

(1)施加約束

①顯示線:Utility Menu> Plot> Lines。

②全約束門字架底部的關鍵點:Main Menu> Solution>Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Keypoints→ 拾取關鍵點1和4→ OK→ Lab2:All DOF→ OK。

(2)施加集中力:Main Menu> Solution> DefineLoads> Apply> Structural> Force/Moment> On Keypoints → 拾取關鍵點2 → OK → Lab:FX,VALUE:3e4 → OK。

(3)求解前保存模型:Utility Menu> Files> Saveas→ 輸入Load.db→ OK。

(4)求解前選擇所有:Utility Menu> Select> Everything。務必選擇所有,才能使所有節點和單元參與計算。

(5)求解:Main Menu> Solution> Solve>Current LS→ File> Close→ Solve Current Load Step → OK→ Solution is done→ Close。

(6)保存結果文件:Utility Menu> Files> Saveas→ 輸入Solve.db→ OK。

6.后處理

(1)位移和應力云圖

①打開梁單元的單元形狀:Utility Menu> PlotCtrls> Style> Size and Shape→ [/ESHAPE]: On。顯示梁單元的應力云圖前,務必打開梁單元的單元形狀,否則看不了應力云圖。

②關閉單元坐標系顯示:Utility Menu> PlotCtrls> Symbols→ ESYS: Off→ OK。顯示結果云圖前,務必關閉坐標系顯示。否則看不了應力云圖,看到的位移云圖也是沒有打開單元形狀。

③顯示節點位移云圖:Utility Menu> Plot>Results> Contour Plot> Nodal Solution→ DOF Solution→ X-Component of displacement→ OK。

④顯示X方向的應力云圖:Main Menu> GeneralPostproc> Plot Results> Contour Plot> Nodal Solu→ Stress→ X-Componentof stress→ OK。X方向的應力包括軸力和彎矩共同引起的正應力。

(2)查找定義單元表的方法(軸力和彎矩單元表)

①查找定義BEAM188內力單元表的方法:打開ANSYS Help,搜索BEAM188。

找到BEAM188的單元介紹頁面后,頁面中查表Table 188.1和Table 188.2,表中Fx是軸力,My, Mz是彎矩。

(3)定義軸力Fx單元表

①定義軸力單元表:Main Menu> General Postproc> Element Table> Define Table → Lab:輸入FX_I → Item:選擇By sequence num →Comb:選擇SMISC,在SMISC后面輸入“1” →OK → Apply → Lab:輸入FX_J → Item:選擇By sequence num → Comb:選擇SMISC,在SMISC后面輸入“14” → OK → Close。

②軸力列表:Main Menu> General Postproc> Element Table> List Element Table → 選擇FX_I和FX_J → OK → 記錄軸力值 → File → Close。

③軸力云圖:Main Menu> General Postproc> Plot Results> Contour Plot> Line Elem Res → LabI:FX_I;LabJ:FX_J → OK。

④將軸力單位N轉換成kN:Main Menu> GeneralPostproc> Element Table> Add Items → LabR: FX_I; FACT1: 1e-3; Lab1: FX_I; FACT2: 不輸; Lab2: none

→ Apply → LabR: FX_J; FACT1: 1e-3; Lab1: FX_J; FACT2: 不輸; Lab2: none→ OK。

⑤重新畫軸力云圖:Main Menu> General Postproc> Plot Results> Contour Plot> Line Elem Res → LabI選擇FX_I,LabJ選擇FX_J → OK。

(4)定義彎矩My單元表

①定義彎矩單元表:Main Menu> General Postproc> Element Table> Define Table → Lab:輸入MY_I → Item:選擇By sequence num →Comb:選擇SMISC,在SMISC后面輸入“2” →OK → Apply → Lab:輸入MY_J → Item:選擇By sequence num → Comb:選擇SMISC,在SMISC后面輸入“15” → OK → Close。

②彎矩列表:Main Menu> General Postproc> Element Table> List Element Table → 選擇MY_I和MY_J → OK → 記錄彎矩值 → File → Close。

③彎矩云圖:Main Menu> General Postproc> Plot Results> Contour Plot> Line Elem Res → LabI:MY_I;LabJ:MY_J → OK。

④將彎矩單位N.mm轉換成kN.m:Main Menu> GeneralPostproc> Element Table> Add Items → LabR:MY_I;FACT1:1e-6;Lab1:MY_I;FACT2:不輸;Lab2:none

→ Apply → LabR:MY_J;FACT1:1e-6;Lab1:MY_J;FACT2:不輸;Lab2:none→ OK。

⑤重新畫彎矩云圖:Main Menu> General Postproc> Plot Results> Contour Plot> Line Elem Res → LabI選擇MY_I,LabJ選擇MY_J → OK。

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三、APDL步驟

h1=3e3 !高

L1=6e3 !寬

k=h1/L1

p=3e4 !集中力載荷

M_D=(6*k+2)*p*h1/(6*k+1)/4 !D點彎矩

/PREP7

ET,1,BEAM188 !單元類型

KEYOPT,1,3,3

MP,EX,1,2.1e5 !材料屬性

MP,PRXY,1,0.3

SECTYPE,1,BEAM,I,,0 !截面1

SECOFFSET,CENT

SECDATA,140,140,360,12.8,12.8,7.5,0,0,0,0,0,0

K,1,0,0,0 !關鍵點

K,2,0,h1,0

K,3,L1,h1,0

K,4,L1,0,0,

K,5,-0.1*L1,0,0

K,6,0,1.1*h1,0,

K,7,1.1*L1,0,0,

LSTR,1,2 !線

LSTR,2,3

LSTR,3,4

LSEL,S, , ,1 !線1的單元屬性

LATT,1, ,1, , 5, ,1

LSEL, , , ,2 !線2的單元屬性

LATT,1, ,1, ,6, ,1

LSEL, , , , 3 !線3的單元屬性

LATT,1, ,1, , 7, ,1

ALLSEL,ALL

ESIZE,500,0, !單元尺寸

LMESH,all !線網格劃分

/PSYMB,ESYS,1 !打開單元坐標系

/ESHAPE,1.0 !打開單元形狀

/SOLU !進去求解器

DK,1,ALL !全約束關鍵點

DK,4,ALL

FK,2,FX,3e4 !施加集中力

ALLSEL,ALL !求解前選擇所有

SOLVE !求解

FINISH

/POST1 !進入后處理

/PSYMB,ESYS,0 !關閉單元坐標系

ETABLE,FX_I,SMISC, 1 !定義軸力單元表

ETABLE,FX_J,SMISC, 14

SADD, FX_I, FX_I, ,1e-3,0,0, ! 軸力單位N變成kN

SADD, FX_J, FX_J, ,1e-3,0,0,

PLLS,FX_I,FX_J,1,0 !畫軸力圖

ETABLE,MY_I,SMISC, 2 !定義彎矩單元表

ETABLE,MY_J,SMISC, 15

SADD,MY_I,MY_I, ,1e-6,0,0, !彎矩單位N*m變成kN*m

SADD,MY_J,MY_J, ,1e-6,0,0,

PLLS,MY_I,MY_J,1,0 !畫彎矩圖

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