有限元作业

有限元作业 有限元分析技术课程大作业 学号:20110702022 姓名:曹双辉 专业:机造 序号:12 一、 工程介绍:某露天大型玻璃平面舞台的钢结构如图1所示， 图一 每个分格(图2中每个最小的矩形即为一个分格)x方向尺寸为1m，y方向尺寸为1m;分格的列数(x向分格)=学生序号的百位数值×10+十位数值+5，分格的行数(y向分格)=学生序号的个位数值+4，根据:序号:12 所以，分格的列向格数为6，行向分格格子数为6。如图2所示: 图二 钢结构的主梁为高160宽100厚14的方钢管，次梁为直径60厚10的圆钢管(单位为毫米)，材料均为碳素结构钢Q235;该结构固定支撑点位于左右两端主梁和最中间。 玻璃采用四点支撑与钢结构连接(采用四点支撑表明垂直作用于玻璃平面的面载荷将传递作用于玻璃所在钢结构分格四周的节点处，表现为点载荷;试对在垂直于玻璃平面方向的 2KNm/4的面载荷(包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷(人员与演出器械载荷)、风载荷等)作用下的舞台进行有限元分析(每分格面载荷对于每一支撑点的载荷可等效于.1的KN点载荷)。 二、 作业主要步骤 1 定义作业名称 进入ansys程序后，选择Utility|File|Chang Job name改工作名称为fileWTGJ12 2定义分析标题 选择Utility| Menu |File|Chang Tile定义分析标题为Frame.ansys 三、 分析前处理 因为该结构主要承受Z向的载荷，且在XOY平面的尺寸远大于Z向尺寸，因此该工程问题可抽象为平面应变问题，采用平面梁单元处理分析该实际问题。 1. 定义单元类型 Main Menu: Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete?Add?select?BEAM188?OK(回到Element Types window)?Options?设置如下 2定义实常数 BEAM188不用定义。 3定义材料属性 Main Menu: Preprocessor|Material Props|Material Models|Structural?Linear?Elastic? Isotropic?input EX:2.06e11,PRXY:0.3?OK 4定义截面类型(主梁截面为1，次梁截面为2) Main Menu: Preprocessor?Sections?Beam?Common Sections?设置截面1?apply? 设置截面2. 5 实体建模 1)建立4关键点 Main Menu: Preprocessor?modeling? Create? Keg point? In active【input 1(0，0，0) 2(6，0，0) 3(0，6，0) 4(6，6，0)】 2) 建立直线 Main Menu: Preprocessor?modeling? Create?Line 3) 分割直线 Main Menu: Preprocessor?modeling?Operate? Booleans? Divide? Line in to ln’s(分为六份) 重复以上操作建线分割如下所示: 6、网格划分 1)Main Menu : Preprocessor ?Meshing?Meshtool?Global?set?Section number 设为1?OK?set? line(input10)?mesh?选中所有的主梁 2)Main Menu : Preprocessor ?Meshing?Meshtool?Global?set?Section number 设为2?OK?set? line(input10)?mesh?选中所有的次梁 7、合并节点 Main Menu : Preprocessor ?Number ctrls? Merge Items 8 施加载荷求解 1) 设定约束 显示单元与节点编号 Utility Menu: Plotctrls?Numbering?选项DODE Node number为On?在 Elem/Attib numbering选择Element numbers ?OK 施加位移边界条件与加载 (1)给1、12、23、34、55、153施加全约束 Main Menu: Solution?Define Loads?Apply?Structural?Displacement?On Nodes?1、12、23、34、55、153?OK?select Lab2:All OFF?OK 2)给结点施加Fz方向载荷 Main Menu: Preprocessor?Solution?Define Loads?Apply?Structural? Force/Moment?On Nodes?拾取结点?OK?Lab:FZ,Value:xxxx?OK (结点1、12、23、34、是-1000N，剩余周边中间结点是-2000N，中间正中节点为是-4000N) 3)求解 Main Menu:Solution?Solve?Current LS?OK 四、后处理 1.显示结构变形图 Main Menu:General Postproc?Plot Results?Deformed Shape?select Def+ Undeformed? OK(注:长度单位是m，力的单位是N) 2、求支座反力 Main Menu:General Postproc?List Results?Reaction Solu?Fz?ok. 3、节点最大位移即最大应力所在位置 1)Main Menu:General Postproc?Plot Results?Contour plot? Nodal solu ?DOF solution ?Displacement vector sum?OK 最大位移处在(3,3,0)处最大位移20mm 2)Main Menu:General Postproc?Plot Results?Contour Plot?Nodal Solu?Nodal Solution? Stress?von Mises stress 最大应力在节点55(3,6,0)与节点155(3,0,0)处最大应力为186Mpa 4)最大应力校核 (1)因为所用材料为Q235所以材料的屈服极限为235Mpa，除以安全系数，危险截面处的最大应力186Mpa,许用应力所以该材料与设计满足要求。 (2 )剪切强度的校核 Main Menu:General Postproc?Plot Results?Contour Plot?Nodal Solu?Nodal Solution?Stress? xy shear stress YZ shear stress XZ shear stress 所以最大剪应力为xy shear stress的17.2Mpa 根据材料力学对于普通碳素钢许用剪切应力为(0.6~0.8)的许用应力 所以危险截面处的剪切强度小于许用剪切应力，因此满足要求。