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横截面

更新时间:2022-12-11 13:56:41 阅读: 评论:0

歌词我流浪-线面平行的性质定理


2022年12月11日发(作者:好的祛斑产品)

第七章梁分析和横截面形状

梁的概况

梁单元用于生成三维结构的一维理想化数学模型。与实体单元和壳单元相

比,梁单元可以效率更高的求解。

两种新的有限元应变单元,BEAM188和BEAM189,提供了更强大的非线性分

析能力,更出色的截面数据定义功能和可视化特性。参阅ANSYSElements

Reference中关于BEAM188和BEAM189的描述。

何为横截面?

横截面定义为垂直于梁的轴向的截面形状。ANSYS提供了有11种常用截面

形状的梁横截面库,并支持用户自定义截面形状。当定义了一个横截面时,ANSYS

建立一个9结点的数值模型来确定梁的截面特性(lyy,lzz等),并求解泊松方

程得到弯曲特征。

下图是一个标准的Z横截面,示出了截面的质心和剪切中心以及计算的横

截面特性:

图8-1Z向横截面图

横截面和用户自定义截面网格划分将存储在横截面库文件中。可以用LATT

命令将梁横截面属性赋给线实体。这样,横截面的特性将在用BEAM188或BEAM189

对该线划分网格时包含进去。

如何生成横截面

用下列步骤生成横截面:

1.定义截面并与代表相应截面形状的截面号关联。

2.定义截面的几何特性数值。

ANSYS中提供了下表列出的命令完成生成、查看、列表横截面和操作横截

面库的功能:参阅ANSYSCommandsReference可以得到横截面命令的完整集合。

定义截面并与截面号关联

使用SECTYPE命令定义截面。下面的命令将截面号2与定义号的横截面形状

(圆柱体)关联:

命令:SECTYPE,2,BEAM,CSOLID

SECDATA,5,8

SECNUM,2

GUI:MainMenu>Preprocessor>Settings>-Beam-CommonSects

MainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribs

要定义自己的横截面,使用子形状(ANSYS提供的形状集合)MESH。要定

义带特殊特性如lyy和lzz的横截面,使用子形状ASEC。

定义横截面的几何特性数值

使用SECDATA命令定义横截面的几何数值。下面的命令将用SECTYPE命令

定义的尺寸赋值给横截面。CSOLID形状有两个尺寸:半径和周长上的格栅数目。

命令:SECDATA,4,6

GUI:MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSects

用BEAM188/BEAM189单元划分线实体

在用BEAM188/BEAM189单元划分线实体前,要定义一些属性,包括:

要划分线的梁单元类型

生成梁单元的横截面特性号

以梁单元轴向为基准的横截面定位

生成梁单元的材料特性号

使用LATT命令将这些属性与线实体关联:

命令:LATT,MAT,,TYPE,,KB,,SECID

GUI:MainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribs

MAT

与MP命令定义的材料特性相对应,材料号由MAT号指定。

TYPE

与ET命令定义的单元类型相对应,类型号由TYPE号指定。

KB

对应于模型中的关键点号。所生成梁单元的横截面与梁的

两端点和该关键点定义的平面垂直。

SECID

与SECTYPE命令定义的梁横截面相对应,截面号由SECID

号指定。

使用梁工具生成横截面

SECTYPE,SECDATA和SECOFFSET命令在GUI的路径都在梁工具(BEAMTOOL)

中。梁工具的样式取决于所选择的梁横截面形状:

梁工具的顶部是截面形状号[SECTYPE],中部是截面偏移信息[SECOFFSET],

底部是截面几何形状信息[SECDATA]。SECDATA命令定义的尺寸

图8-2梁工具(包括横截面显示)

取决于所选截面形状。可以单击梁工具下的“Help”获取所选截面的帮助信息。

在SECDATA也有截面形状尺寸的说明。

控制横截面和用户网格库

通用截面的数据,如CHAN和RECT,可以存储在横截面库中。

用SECWRITE命令生成、存储包括用户划分网格的截面的横截面库。如果在

另一个模型中使用横截面库,使用SECREAD命令读入。

侧向扭转屈曲分析实例(GUI方式)

ANSYSStructuralAnalysisGuide第七章详细叙述了屈曲分析。本例分

析了悬臂梁在末端承受横向载荷时的行为。

问题描述

一根直的细长悬臂梁,一端固定一端自由。在自由端施加载荷。本模型做

特征值屈曲分析,并进行非线性载荷和变形研究。研究目标为确定梁发生分支点

失稳(标志为侧向的大位移)的临界载荷。

问题特性参数

本例使用如下材料特性:

杨氏模量=1.0X10e4psi

泊松比=0.0

本例使用如下的几何特性:

L=100in

H=5in

B=2in

本例的载荷为:

P=1lb

问题示意图

特征值屈曲分析是线性化的计算过程,通常用于弹性结构。屈曲一般发生在

小于特征值屈曲分析得到的临界载荷时。这种分析比完全的非线性屈曲分析需要

的求解时间要少。

用户还可以做非线性载荷和位移研究,这时用弧长法确定临界载荷。对于

更通用的分析,一般要进行崩溃分析。

在模型中有缺陷时一定要做非线性崩溃分析,因为此时模型不会表现出屈

曲。可以通过使用特征值分析求解的特征向量来添加缺陷。特征向量是最接近于

实际屈曲模态在预测值。添加的缺陷应该比梁的标准厚度要小。缺陷删除了载荷

-位移曲线的突变部分。通常情况下,缺陷最大不小于10%的梁厚度。UPGEOM命

令在前一步分析的基础上添加位移并更新变形的几何特征。

第一步:设置分析名称和图形选项

1.选择菜单UtilityMenu>File>ChangeTitle。

2.输入“LateralTorsionalBucklingAnalysis”并单击OK。

3.确认PowerGraphics正在运行。选择菜单Utility

Menu>PlotCtrls>Style>Hidden-LineOptions。确认PowerGraphics选项打开并

单击OK。

4.将GraphicalSolutionTracking打开。选择菜单Main

Menu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>GrphSoluTrack并确认对话

框中radio按钮设置为ON。单击OK。

5.生成屈曲分析图的输出文件。选择菜单Utility

Menu>PlotCtrls>RedirectPlots>ToGRPHFile。将文件名改为

并单击OK。

第二步:定义几何模型

1.进入前处理器并生成梁的关键点。选择菜单Main

Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>InActiveCS,然后输入下

列关键点号和坐标值:

关键点号:1坐标值:0,0,0

关键点号:2坐标值:100,0,0

关键点号:3坐标值:50,5,0

2.在关键点1和2之间生成一条直线。选择菜单Main

Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>StraightLine。将弹出

生成直线对话框。在图形窗口选择关键点1和2并单击OK。

3.存储模型。选择菜单UtilityMenu>File>SaveAs。在“SaveDataba

to”对话框中输入作为文件名并单击OK。

第三步:定义单元类型和横截面信息

1.选择菜单MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete。

将弹出单元类型对话框。

2.单击Add。将出现单元类型库对话框。

3.在左列选择“StructuralBeam”。

4.在右列选择“3Dfinitestrain,3node189”以选中BEAM189。

5.单击OK,然后的单元类型对话框中单击Clo。

6.定义梁的矩形截面。选择菜单Main

Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSects。将出现梁工具对话框。缺

省时ANSYS将截面号设置为1,将子类型设置为RECT(在子类型处图示一个矩形)。

因为要生成一个矩形横截面,在子类型处不作修改。

7.在梁工具对话框的底部,可以看到横截面形状和尺寸的图示。在B标志

的部分输入0.2作为横截面的宽度;在H标志的部分输入5.0作为横截面的高度。

单击OK确定设置。

8.列出当前截面特性。选择菜单MainMenu>Preprocessor>Sections>List

Sections。ANSYS缺省选择特性号1。单击OK显示横截面信息。在浏览过以后,

在SLIST窗口单击Clo。

第四步:定义材料特性并定位结点

1.选择菜单MainMenu>Preprocessor>Material

Props>-Constant-Isotropic。

2.单击OK确认材料号为1。将出现各向同性材料特性对话框。

3.在杨氏模量框输入1E4。

4.在泊松比(minor)处输入0.0,并单击OK。

5.选择菜单UtilityMenu>Select>Entities来选择线。选择下列选项:

Lines,ByNum/Pick,FromFull并单击OK。

6.出现选择线对话框。在图形窗口单击线实体。在对话框中单击OK。

7.作为线的属性定义结点定位。选择菜单Main

Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>AllLines。单击PickOrientation

Keypointradio按钮旁边的radio按钮将其改变为Yes并单击OK。ANSYS将材

料特性号指向1,将单元类型号指向1并将截面特性号指向1。

8.出现线属性对话框。在图形窗口选择关键点3并在对话框中单击OK。

9.存储模型。选择菜单UtilityMenu>File>SaveAs。选择OK,当ANSYS

询问是否覆盖时,单击OK。

第五步:对线划分网格并确认梁的定位

1.定义网格大小和分段数。选择菜单Main

Menu>Preprocessor>-Meshing-SizeCntrls>-Lines-AllLines。在

ElementDivisions框中输入10并单击OK。

2.对线划分网格。选择菜单Main

Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Lines。确认在“MeshLines”对话框中Pick

和Single选定,然后在图形窗口选择线。在对话框中单击OK对线划分网格。

3.旋转划分好网格的线。选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Pan,

Zoom,Rotate。弹出Pan,Zoom,Rotate对话框。选择ISO并单击Clo。图形窗

口中梁将旋转。

4.确认梁的定位。选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Style>

Size&Shape。选择/ESHAPE旁边的radio按钮并单击OK。

5.显示横截面形状。选择菜单MainMenu>Preprocessor>Sections>

PlotSection并单击OK。

6.重新显示网格。选择菜单UtilityMenu>Plot>Elements。

第六步:定义边界条件

1.定义固定端的边界条件。选择菜单Main

Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>OnKeypoints。将弹

出ApplyU,ROTonKPs对话框。

2.定义关键点1为固定端。在ANSYS输入窗口,输入1并回车,然后

单击OK。

3.在对话框中选择“AllDOF”,然后单击OK。在ANSYS图形窗口将显

示边界条件。

4.在自由端施加集中力。选择菜单Main

Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/Moment>OnKeypoints。将出

现ApplyF/MonKPs对话框。

5.定义关键点2为自由端。在ANSYS输入窗口,输入2并回车,然后

单击OK。

6.在Directionofforce/mom框中选择FY。

7.在数值处输入1并单击OK。在ANSYS图形窗口将出现集中力标志。

8.存储模型。选择菜单UtilityMenu>File>SaveAs。选择OK,当ANSYS

询问是否覆盖时,单击Yes。

9.选择菜单MainMenu>Finish。

第七步:作特征值屈曲分析

1.进入时序后处理器。选择菜单TimeHistPostpro>DefineVariables。

TIME变量是缺省的。选择Clo。

2.设置分析选项。选择菜单MainMenu>Solution>AnalysisOptions。

将弹出Static或Steady-StateAnalysis对话框。

3.生成应力-刚度矩阵,存储起来在后续的特征值屈曲分析中使用。在

Stressstiffnessorprestress框中,选择“PrestressON”。

4.定义分析求解方法为sparsolver。在Equationsolver框中选择

Sparsolver。单击OK。

5.选择菜单MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS。浏览/STAT命令

窗口中的内容,然后单击OK开始求解。

6.当“SolutionisDone!”窗口出现时,单击Clo关闭窗口。

7.选择菜单MainMenu>Finish。

8.选择菜单MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis。

9.选择“EigenBuckling”选项,然后单击OK。

10.选择菜单MainMenu>Solution>AnalysisOptions。将弹出特征值屈

曲选项对话框。选择BlockLanczos方法。在模态数目框中输入4,然后单击OK。

11.在MXPAND命令设置ElementCalculationKey。选择菜单Main

Menu>Solution>-LoadStepOpts-ExpansionPass>ExpandModes。

12.在扩展模态对话框中,输入4作为模态数,将Calculateelemresults

框由No改为Yes,然后单击OK。

13.选择菜单MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS。浏览/STAT命令

窗口中的内容,然后单击OK开始求解。

14.当“SolutionisDone!”窗口出现时,单击Clo关闭窗口。

15.选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Size&Shape。确认在

/ESHAPE旁边的radio按钮为ON,然后选择OK。

16.在ANSYS输入窗口中输入/VIEW,1,1,1,1然后按回车。

17.在ANSYS输入窗口中输入/ANG,1然后按回车。

18.显示求解结果。选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>List

Results>ResultsSummary。当查看结果完毕后,单击Clo关闭窗口。

19.选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>-Read

Results->FirstSet。

20.绘出梁的第一个模态。选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>Plot

Results>DeformedShape。将弹出PlotDeformedShape对话框。选择Def+undef

edge并单击OK。

21.选择菜单MainMenu>Finish。

第八步:作非线性屈曲分析求解

1.引入前面分析中得到的模型缺陷计算结果。选择菜单Main

Menu>Preprocessor>-Modeling-UpdateGeom。在UpdateGeometry对话框中,

输入0.002作为ScalingFactor,在loadstep框中输入1,在Substep框中输

入1,在Selection框中输入。单击OK。

2.选择菜单MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis。

3.选择“Static”选项,单击OK。

4.选择菜单MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Output

Ctrls>DB/ResultsFile,并确认选择了AllItems和Allentities选项,然后

单击OK。

5.选择菜单MainMenu>Solution>AnalysisOptions。设置Largedeform

effects旁边的radio按钮为ON,然后单击OK。

6.设定arc-length方法。选择菜单MainMenu>Solution>LoadStep

Opts>Nonlinear>Arc-LengthOpts。设定Arc-length方法为ON,然后单击OK。

7.定义本载荷步中的子步数。选择菜单MainMenu>Solution>-LoadStep

Opts-Time/Frequenc>TimeandSubsteps。输入10000作为子步数并单击OK。

8.设置求解中断参数。选择菜单Main

Menu>Solution>Nonlinear>Arc-LengthOpts。选择theLab菜单旁边的下拉式

菜单的位移限制选项。在最大位移框中输入1.0。在VAL框中输入结点号为2。

选择DegreeofFreedom旁边的下拉菜单为UZ。单击OK。

9.求解当前模型。选择菜单MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS。

浏览/STAT命令窗口中的内容,然后单击OK开始求解。同时将弹出一个非线性

求解窗口。收敛图也将显示,并在几分钟内完成。

10.当“SolutionisDone!”窗口出现时,单击Clo关闭窗口。

11.选择菜单MainMenu>Finish。

12.重画梁网格。选择菜单UtilityMenu>Plot>Elements。

13.定义要从结果文件中读出的载荷点位移。选择菜单Main

Menu>TimeHistPostpro>DefineVariables。当出现对话框时,单击OK。

14.当弹出AddTime-HistoryVariable窗口时,确认NodalDOFresult

选项选中,然后单击OK。

15.出现DefineNodalData选择对话框。在图形窗口,选择结点2(梁

的右端结点)并单击OK。

16.出现DefineNodalData窗口。确认参数Ref号和结点号都设置为2。

在Ur-specified框中输入TIPLATDI。选择UZ平移并单击OK。

17.定义从结果文件中读出的总支反力。在DefineTime-History

Variables窗口选择Add。

18.当AddTime-HistoryVariable窗口出现时,选择Reactionforces

radio按钮并选择OK。

19.出现DefineNodalData选择对话框。在ANSYS输入窗口中输入1

(梁的左端结点)并选择OK。单击Clo关闭对话框。

20.出现DefineReactionForceVariable窗口。确认参数Ref号设置

为3,结点号设置为1。选择StructForceFY选项并单击OK。

21.选择菜单MainMenu>TimeHistPostpro>MathOperators>

Multiply。在MultiplyTime-HistoryVariables窗口,在结果框中输入4作为

参考号,输入-1.0在1stFactor框,在1stVariable框中输入3,单击OK。

22.显示X变量。选择菜单MainMenu>TimeHistPostpro>Settings>

Graph。在Singlevariableno.框输入2并单击OK。

23.绘出载荷和位移关系曲线以确定特征值法计算出的临界载荷。选择

菜单MainMenu>TimeHistPostpro>GraphVariables。在1stvariabletograph

框中输入1。

24.列出变量随时间的变化曲线。选择菜单MainMenu>TimeHist

Postpro>ListVariables。在1stvariabletolist框中输入2,在2ndvariable

框中输入4并单击OK。

25.在PRVAR命令窗口中检验数值并比较其与特征值屈曲分析的结果。

关闭PRVAR命令窗口。

26.选择菜单MainMenu>Finish。

第九步:绘出并查看结果

1.在ANSYS工具栏,单击Quit。

2.选择一个存储选项并单击OK。

悬臂梁求解实例:命令行格式

可以用命令行格式完成同样的分析问题:

/PREP7

/GRA,POWER

GST,ON

/SHOW,BUCKLE,GRPH

K,1,0,0,0,

K,2,100.0,0,0,

K,3,50,5,0,

LSTR,1,2

ET,1,BEAM189

SECTYPE,1,BEAM,RECT,

SECDATA,0.2,5.0

SLIST,1,1,,

MP,EX,1,1E4

MP,NUXY,1,0.0

LSEL,S,,,1,1,1

LATT,1,,1,0,3,,1

LESIZE,all,,,10

SECN,1

LMESH,all

/VIEW,,1,1,1

/ESHAPE,1EPLOT

DK,1,,,,0,ALL,,

FK,2,FY,1.0

FINISH

/SOLU

PSTRES,ON

EQSLV,SPARSE

SOLVE

FINISH

/SOLU

ANTYPE,BUCKLE

BUCOPT,LANB,4

MXPAND,4,,,YES

SOLVE

/POST1

/ESHAPE,1

/VIEW,1,1,1,1

/ANG,1

SET,LISTSET,1,1

PLDI,2

FINISH

UPGEOM,0.002,1,1,file,rst

/SOLU

ANTYPE,

STATIC

OUTRES,ALL,ALL

NLGEOM,ON

ARCLEN,ON

NSUBST,10000

ARCTRM,U,1.0,2,UZ

SOLVE

FINISH

/POST26

NSOL,2,2,U,Z,TIPLATDISP

RFORCE,3,1,F,Y,

PROD,4,3,,,,,,-1.0,1,1,

XVAR,2

PLVAR,4

PRVAR,2,4

FINISH

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