简支箱梁约束扭转算例
一、工程背景
已知某预应力混凝土简支箱梁，计算跨径为40m，沿梁长等截面。截面尺寸如图1所示。采用C40混凝土，剪切模量G=1.445×104MPa，弹性模量E=3.40×104MPa。荷载为跨中作用一偏心荷载P=451.0kN，偏心距e=2.35m(计算约束扭转时，可以简化为集中力矩M k=1060.0kN)。具体分两个工况进行：（1）跨中截面腹板位置作用一对对称集中竖向荷载，荷载大小为P/2=225.5kN；（2）跨中截面腹板位置作用一对反对称集中竖向荷载，荷载大小为P/2=225.5kN。分别计算跨中截面、1/4跨位置截面上的正应力与剪应力分布，并绘制相应的正应力和剪应力分布曲线。
图1 箱梁截面尺寸(尺寸单位：cm)
二、Ansys计算分析
采用壳单元计算，荷载采用一对称荷载和反对称荷载加载。
1、Ansys命令流
命令流见附录。
2、计算结果图
a.工况一
(a) 1/2跨正应力云图和应力曲线图
(b) 1/2跨剪应力云图和应力曲线图b.工况二
(a) 1/4跨正应力云图和应力曲线图
(b) 1/4跨剪应力云图和应力曲线图注：由于路径选择时重复了一段，因此右翼缘由应力重叠现象
附录命令流
finish
/clear
/PREP7 ANTYPE,STATIC !定义箱梁厚度（单位：米）t1=0.22
t2=0.30
t3=0.34
ET,1,SHELL63
!定义单元
R,1,t1
R,2,t2
R,3,t3
!定义实常数跟所选单元有关本单元采用壳单元只需要厚度
MP,EX,1,3.4E10
!弹性模量1为材料参考号
MP,PRXY,1,0.3
!泊松比
K,1,-4.75,0.955
K,2,-2.35,0.955
K,3,-2.35,-1.165
K,4,2.35,-1.165
K,5,2.35,0.955
K,6,4.75,0.955
K,7,2.35,0.955,40
!创建关键点
L,1,2$L,2,3$L,3,4
L,4,5$L,5,6$L,5,2$L,5,7
!连接各点
ADRAG,1,6,5,,,,7
ADRAG,2,3,4,,,,7
!创建面根据直线编号2,3 路径线7
ASEL,S,LOC,Y,0.955$AATT,1,1,1
!选择面S选择新面作为子集loc按坐标值选择
ASEL,S,LOC,X,-2.35$AA TT,1,2,1
!Y中心坐标y值为0.955的面
ASEL,S,LOC,X,2.35$AATT,1,2,1
!设置面的单元属性相应定义点线体的命令不同
ASEL,S,LOC,Y,-1.165$AATT,1,3,1
!材料号，实常数，单元类型
ALLSEL,ALL
!选择所有图素
NUMMRG,ALL !合并实体单元
NUMCMP,ALL
!压缩定义编号
/PNUM,LINE,1
/PNUM,AREA,1
!显示面和线的编号
LSEL,S,LENGTH,,40
!选择长度为40的线段
LESIZE,ALL,,,100
!将所有的线每根分成100份即上述长度为40的线段
LSEL,S,LENGTH,,2.4,4.7
!选择长度在2.4-4.7长度单位内的线段LESIZE,ALL,,,5
ALLSEL,ALL
AMESH,ALL
!划分网格
FINISH
!施加边界条件
/SOLU!工况1对称集中竖向荷载
DL,3,,UX$DL,3,,UY$DL,3,,UZ
DL,16,,UY
!对线进行约束
!F,662,FY,-225500
!F,57,FY,-225500
!加上集中荷载节点力
F,662,FY,-225500
!工况2反对称集中竖向荷载
F,57,FY,225500
SOLVE
FINISH
/POST1
PATH,STRESS1,7
!由于这个箱梁的特点，使得选路径时重复了一段，在应力图中有反映
PPA TH,1,,-4.75,0.955,20$PPATH,2,,-2.35,0.9 55,20
PPA TH,3,,-2.35,-1.165,20$PPATH,4,,2.35,-1.1 65,20
PPA TH,5,,2.35,0.955,20$PPATH,6,,4.75,0.955 ,20
PPA TH,7,,-2.35,0.955,20
!七个路径点
PDEF,STRESS1,S,Z
PLPAGM,STRESS1,5.0
!跨中截面正应力云图
PLPATH,STRESS1
!跨中截面正应力曲线
PDEF,STRESS1,S,XY
PLPAGM,STRESS1,5.0
!跨中截面剪应力云图
PLPATH,STRESS1
!跨中截面剪应力曲线
PATH,STRESS2,7PPA TH,1,,-4.75,0.955,10$PPATH,2,,-2.35,0.9 55,10
PPA TH,3,,-2.35,-1.165,10$PPATH,4,,2.35,-1.1 65,10
PPA TH,5,,2.35,0.955,10$PPATH,6,,4.75,0.955 ,10
PPA TH,7,,-2.35,0.955,10
PDEF,STRESS2,S,Z
PLPAGM,STRESS2,5.0
!1/4跨截面正应力云图
PLPATH,STRESS2
!1/4跨截面正应力曲线
PDEF,STRESS2,S,XY
PLPAGM,STRESS2,5.0
!1/4跨截面剪应力云图
PLPATH,STRESS2
!1/4跨截面剪应力曲线
本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识， 主要包括非稳态热分析的应用、 非稳态热分析的基本步骤。 非稳态导热的基本概念 非稳态热分析的应用 非稳态热分析单元 分析的基本步骤 丄本章案例 钢球非稳态传热过程分析 不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析 高温铜导线冷却过程分析 7.1 非稳态热分析概述 物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。 根据物体温度随着时间的推移而变化的 特性可本章要点 非稳态热分析单兀、
以区分为两类非稳态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中，绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化，或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如：在机器启动、停机及变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏，因此需要确定物体内部的瞬时温度场；钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。再例如，金属在加热炉内加热时，需要确定它在加热炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。可见，非稳态热分析是有相当大的应用价值的。 ANSYS 11.0 及其相关的下属产品均支持非稳态的热分析。非稳态热分析确定了温度以及其它随时间变化的热参数。 7.1.1 非稳态热分析特性 瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。 瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷 - 时间曲线分为载荷步。对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。
有限元分析 一个厚度为20mm的带孔矩形板受平面内张力，如下图所示。左边固定，右边受载荷p=20N/mm作用，求其变形情况 200 100P 20 一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤： ①定义参数 ②创建几何模型 ③划分网格 ④加载数据 ⑤求解 ⑥结果分析 1定义参数 1.1指定工程名和分析标题 (1)启动ANSYS软件，选择File→Change Jobname命令，弹出如图所示的[Change Jobname]对话框。
(2)在[Enter new jobname]文本框中输入“plane”，同时把[New log and error files]中的复选框选为Yes，单击确定 (3)选择File→Change Title菜单命令，弹出如图所示的[Change Title]对话框。 (4)在[Enter new title]文本框中输入“2D Plane Stress Bracket”，单击确定。 1.2定义单位 在ANSYS软件操作主界面的输入窗口中输入“/UNIT,SI” 1.3定义单元类型 (1)选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出如图所示[Element Types]对话框。 (2)单击[Element Types]对话框中的[Add]按钮，在弹出的如下所示[Library of Element Types]对话框。
(3)选择左边文本框中的[Solid]选项，右边文本框中的[8node 82]选项，单击确定，。 (4)返回[Element Types]对话框，如下所示 (5)单击[Options]按钮，弹出如下所示[PLANE82 element type options]对话框。 (6)在[Element behavior]下拉列表中选择[Plane strs w/thk]选项，单击确定。 (7)再次回到[Element Types]对话框，单击[close]按钮结束，单元定义完毕。 1.4定义单元常数 (1)在ANSYS程序主界面中选择Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete命令，弹出如下所示[Real Constants]对话框。 (2)单击[Add]按钮，进行下一个[Choose Element Type]对话框，选择[Plane82]单
ANSYS热应力分析例题 实例1圆简内部热应力分折： 有一无限长圆筒，其核截面结构如图13—1所示，简内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表13．1所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。 该问题属于轴对称问题。由于圆筒无限长，忽略圆筒端部的热损失。沿圆筒纵截面取宽度为10M的如图13—2所示的矩形截面作为几何模型。在求解过程中采用间接求解法和直接求解法两种方法进行求解。间接法是先选择热分析单元，对圆筒进行热分析，然后将热分析单元转化为相应的结构单元，对圆筒进行结构分析；直接法是采用热应力藕合单元，对圆筒进行热力藕合分析。 /filname,exercise1-jianjie /title,thermal stresses in a long /prep7 $Et,1,plane55 Keyopt,1,3,1 $Mp,kxx,1,70 Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2 Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2 Lesize,all,,,5 $Amesh,1 $Finish /solu $Antype,static Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200 lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20 allsel $outpr,basic,all solve $finish /post1 $Set,last /plopts,info,on Plnsol,temp $Finish /prep7 $Etchg,tts Keyopt,1,3,1 $Keyopt,1,6,1 Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28 Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,all Lsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,all Allsel $Finish /solu $Antype,static D,all,uy,0 $Ldread,temp,,,,,,rth Allsel $Solve $Finish /post1 /title,radial stress contours Plnsol,s,x /title,axial stress contours Plnsol,s,y /title,circular stress contours Plnsol,s,z /title,equvialent stress contours Plnsol,s,eqv $finish
第一章简介 一、热分析的目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。 热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。 二、ANSYS的热分析 ?在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。 ?ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。 ?ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。 三、ANSYS 热分析分类 ?稳态传热：系统的温度场不随时间变化 ?瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化 四、耦合分析 ?热－结构耦合 ?热－流体耦合 ?热－电耦合 ?热－磁耦合 ?热－电－磁－结构耦合等
第二章 基础知识 一、符号与单位 W/m 2-℃ 3 二、传热学经典理论回顾 热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律: ● 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕 PE KE U W Q ?+?+?=- 式中: Q —— 热量; W —— 作功; ?U ——系统内能; ?KE ——系统动能； ?PE ——系统势能； ● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ??； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ?=； ● 对于稳态热分析：0=?=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ● 对于瞬态热分析：dt dU q = ，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。 三、热传递的方式 1、热传导 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：dx dT k q -=''，式中''q 为热流
阶梯轴分析步骤及结果 第一步：打开ansys点击File>Clear Database and Start new,选着Read file 点击OK弹出Verify对话框，点击Yes.开始新的分析，
点击File>Change Jobname修改工作文件名，输入zhou， 点击File>Change Title修改文件标题shang ji lian xi。 第二步：ANSYS Main Menu，点击Preferences弹出References for GUI Filtering对话框，选择Structural点击OK. 第三步：ANSYS Main Menu，点击Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete弹出Element Types对话框，点击add按钮，弹出Library of Element Types对话框，选着Solid>Tet
10node 92 点击OK.关闭Element Types对话框 第四步：ANSYS Main Menu，点击Preprocessor>Material Props>Material Models弹出Define Material Nodel Behavior对话框，在Material Models Available栏选择Structural>Linear>Elastic>Isotropic弹出Linear Isotropic Properties for Mater…..对话框，在EX 框输入2E+007点击OK
第五步：ANSYS Main Menu，点击Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder弹出Solid Cylinder对话框，在Radius输入0.7978，Depth输入10，点击OK生成圆 柱体。 第六步：在菜单栏点击WorkPlane>Offset WP by increments…..弹出Offset WP对话框，平
习题二 题一： 已知：如下图1.1所示，梁一端固定，自由端受弯矩M=105，截面参数见图1.2，材料弹性模量E=3X107，泊松比μ=0.3。 求：截面上的最大应力和最小应力δmax，δmin？ 解：ansys分析得： 图1.1 图1.2
ELEM STREST2 STREST5 STRESB3 STRESB6 1 -700.00 -700.00 300.00 300.00 MINIMUM VALUES ELEM 1 1 1 1 VALUE -700.00 -700.00 300.00 300.00 MAXIMUM VALUES ELEM 1 1 1 1 VALUE -700.00 -700.00 300.00 300.00 由ansys的分析可得，应力最值分别发生在梁截面的上下部分，且各截面的同一水平高度应力相等。Δmax300，即为拉应力，发生于梁下表面；δmin=-700，为压应力，发生于梁上表面。
题二： 已知：如图2.1所示，梁两端受均布力q=104/12作用，梁的长度及截面尺寸见图2.1和图2.2，截面Iz=7892，A=50.65，材料弹性模量E=3X107，泊松比μ=0.3。 求：（1）梁中点的挠度 （2）截面上的最大应力 图2.1 图2.2 解：ansys分析
（1）NODE UY 1 -0.45616 2 -0.45616 3 0.0000 4 0.18246 5 0.0000 中点即第四节点，故中点的挠度为0.18246（2）梁的弯矩图如下，
可知最大应力发生在梁的中间段。 下面数据为各节点的应力大小， ELEM STRTOP2 STRTOP5 STRBOT3 STRBOT6 1 -0.68592E-11 11404. 0.68592E-11 -11404. 2 11404. 11404. -11404. -11404. 3 11404. 11404. -11404. -11404. 4 11404. -0.68592E-11 -11404. 0.68592E-11 由上面数据可得，最大应力为11404，发生于梁中间段的上表面。如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
第三章稳态热分析 3.1稳态传热的定义 ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和 ANSYS/Professional这些产品支持稳态热分析。稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。也可以在所有瞬态效应消失后，将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步进行分析。 稳态热分析可以计算确定由于不随时间变化的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。这些热载荷包括： 对流 辐射 热流率 热流密度（单位面积热流） 热生成率（单位体积热流） 固定温度的边界条件 稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的非线性问题。事实上，大多数材料的热性能都随温度变化，因此在通常情况下，热分析都是非线性的。当然，如果在分析中考虑辐射，则分析也是非线性的。 3.2热分析的单元 ANSYS和ANSYS/Professional中大约有40种单元有助于进行稳态分析。有关单元的详细描述请参考《ANSYS Element Reference》，该手册以单元编号来讲述单元，第一个单元是LINK1。单元名采用大写，所有的单元都可用于稳态和瞬态热分析。其中SOLID70单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流的功能。这些热分析单元如下： 表3-1二维实体单元 单元维数形状及特点自由度 PLANE35 二维六节点三角形单元温度（每个节点） PLANE55 二维四节点四边形单元温度（每个节点） PLANE75 二维四节点谐单元温度（每个节点） PLANE77 二维八节点四边形单元温度（每个节点） PLANE38 二维八节点谐单元温度（每个节点）
实验三：大件运输车 车轴结构有限元分析 一、实验内容：车轴的主要设计条件为两端轴承约束，内套承受45t 的载荷， 其它条件见设计图纸和技术资料。要求给出车轴第四强度当量应力计算结果。 二、实验步骤： 1、新建一个Static Structural项目，右击geometry导入模型 新建材料库进入ＥｎｇｉｎｅｅｒＤａｔａ输入各个材料属性 在网上查找材料性能参数，并输入（未找到XL330的参数，下面的数值为估计值）
(Tensil Ulitimate Strength) 输入上表中的数据 7、双击Geometry进入DM，点击Generate生成几何体，8、点击新建平面命令，新建Plane 4，在Details窗口中Type下拉菜单中选择From Cicle/Ellipse 9、选择如图所示的边作为Base Edge，点击Generate,生成Plane 410、再点击新建平面命令，新建Plane 5，在Details窗口中Type下拉菜单中选择From Plane 11、以Plane4作为Base Plane，在Transform 1下拉菜单中选择Rotate about X，输入90°，点击Generate生成Plane 512、点击Slice命令，选择Base Plane 为Plane 5，选择Targets 为两个内环13、将两个内环分为四段 14、将下面的两个环合为一个Part，按住Ctrl键，选中下面的两个环，右击选择Form New Part
关闭DM，双击Model进入Mechanical为模型添加材料 根据要求，轴头为40Cr，内套为20钢，内环为XL330，箱体板为Q345
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ANSYS Elements 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： 1
图8-1 Z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ANSYS Commands Reference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: Main Menu>Preprocessor>Settings>-Beam-Common Sects Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs 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 2
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 先进制造及模具设计制造实验 梁结构应力分布ANSYS分析 学院名称：机械工程学院 专业班级：研1402 学生姓名：XX 学生学号：S1403062
2015年5 月
梁结构应力分布ANSYS分析 （XX，S1403062，江苏大学） 摘要：本文比较典型地介绍了如何用有限元分析工具分析梁结构受到静力时的应力的分布状态。我们遵循对梁结构进行有限元分析的方法，建立了一个完整的有限元分析过程。首先是建立梁结构模型，然后进行网格划分，接着进行约束和加载，最后计算得出结论，输出各种图像供设计时参考。通过本论文，我们对有限元法在现代工程结构设计中的作用、使用方法有个初步的认识。 关键词：梁结构；应力状态；有限元分析；梁结构模型。 Beam structure stress distribution of ANSYS analysis （Dingrui, S1403062, Jiangsu university） Abstract: This article is typically introduced how to use the finite element analysis tool to analyze the stress of beam structure under static state distribution. We follow the beam structure finite element analysis method, established the finite element analysis of a complete process. Is good beam structure model is established first, and then to carry on the grid, then for constraint and load, calculated the final conclusion, the output of images for design reference. In this article, we have the role of the finite element method in modern engineering structural design, use method has a preliminary understanding. Key words: beam structure; Stress state; The finite element analysis; Beam structure model. 1引言 在现代机械工程设计中，梁是运用得比较多的一种结构。梁结构简单，当是受到复杂外力、力矩作用时，可以手动计算应力情况。手动计算虽然方法简单，但计算量大，不容易保证准确性。相比而言，有限元分析方法借助计算机，计算精度高，且能保证准确性。另外，有限元法分析梁结构时，建模简单，施加应力和约束也相
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/b26853048.html, 格构梁的ANSYS有限元模拟分析实例运用作者：张少剑刘真 来源：《城市建设理论研究》2013年第10期 摘要:本文通过一工程实例运用ansys模拟计算。针对格构梁的研究，合理地简化模型，取出1.5米宽的土体、梁和面层单元，两边加对称约束，从而达到模拟空间结构梁的目的。本文还模拟了基坑的开挖过程的时空效应，共分七步，土体在自重应力作用下的沉降为第一步，梁与面层的激活、力的施加和土层杀死共分六步。梁的最大受力状态并不发生在最后一步完成后，而是在第六工况。 关键词:格构梁有限元分析模拟分析 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 1 土体、梁、锚索和混凝土面层共同作用 基坑支护的受力机理是土体的土压力作用在格构梁和混凝土面层上，混凝土面层的力传递到格构梁上，格构梁再把它受到的力传递到和它相连的锚索上，锚索则和被支护土体嵌固为一体，格构梁和混凝土面层除起到承受土压力外，格构梁还起到平均弯矩和变形的作用，喷射混凝土面层则有保护土体表面，防止土体表面非格构梁作用部位坍塌的作用。 2模型简化及技术处理 根据基坑开挖深度，根据实际的土体性质建立土体模型。格构梁的作用是承受弯矩的，可以选用Beam4梁单元，考虑到钢筋混凝土格构梁中有钢筋的作用，其弹性模量、泊松比等设置有所调整。在建模时，如果混凝土面层的长宽与厚度的比都大于5，所以在有限元分析中采用板壳单元可以全面地反映其变形特征和应力分布规律。混凝土面层用Shell63单元模拟，其参数的取值和梁单元相同。 由于格构梁的受力性状，锚索的模拟对格构梁的受力影响较小，本模型忽略考虑锚索的模拟。预应力锚索的作用简化为作用在纵横梁交点处的集中力。 对于格构梁和土体、混凝面层之间的接触，模型采用节点耦合，以实现共同变形和受力。 3.1ANSYS有限元模拟计算 3.1.1模型的参数 1．土体的参数见下表：
ANSYS稳态热分析的基本过程 ANSYS热分析可分为三个步骤： ?前处理：建模、材料和网格 ?分析求解：施加载荷计算 ?后处理：查看结果 1、建模 ①、确定jobname、title、unit； ②、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项； ③、定义单元实常数； ④、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可 以是恒定的，也可以随温度变化； ⑤、创建几何模型并划分网格，请参阅《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。 2、施加载荷计算 ①、定义分析类型 ●如果进行新的热分析： Command: ANTYPE, STATIC, NEW GUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state ●如果继续上一次分析，比如增加边界条件等： Command: ANTYPE, STATIC, REST GUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart ②、施加载荷 可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) ： a、恒定的温度 通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。 Command Family: D GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature b、热流率 热流率作为节点集中载荷，主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷)，如果输入的值为正，代表热流流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节点上则ANSYS读取温度值进行计算。 注意：如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周围的单元要
一、问题描述 简支外伸梁（图1），截面尺寸如图所示，E=210GPa ， =0.33，求A 点位移。 1000N 63 0.3 0.4 A 图1 杆系结构图 二、分析与建模 1、定义单元类型 菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete ，弹出图2 所示的“Element Types ”对话框。 图2 “Element Types ”对话框 单击【Add 】，在弹出的“ Library of Element Types ”对话框中选择，Beam 大类的3D 2 node 188类型的单元，即Beam188。 图3 “Library of Element Types ”对话框
2、定义实常数 菜单路径Main Menu>Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete，弹出图4所示的“Real Constants”对话框。单击【Add】按钮，在“Element Type for Real Constants”对话框中选择单元类型中的Beam188单元，单击【OK】。 说明Beam188为已经定义实常数的单元，这里不用设臵。 图4 “Real Constants”对话框图5 “Element Type for Real Constants”对话框3、定义材料属性 菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models，弹出图6所示的“Define Material Model Behavior”对话框。 按照Structural>Linear>Elastic>Isotropic的顺序在上述对话框的右侧进行选择,在弹出的“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框中设臵，令EX=210e9，PRXY=0.33。 图6 “Define Material Model Behavior”对话框
工程介绍： 某露天大型玻璃平面舞台的钢结构如图1所示，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）=8，分格的行数（y向分格）=5。 钢结构的主梁（图1中黄色标记单元）为高140宽120厚14的方钢管，其空间摆放形式如图3所示；次梁（图1中紫色标记单元）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（如不是正处于X方向正中间，偏X坐标小处布置）的次梁的两端，如图2中标记为 U R处。主梁和次梁之间是固接的。 xyz xyz 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42 KN m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1KN的点载荷）。 作业提交的内容至少应包括下面几项： （1）屏幕截图显示该结构的平面布置结构，图形中应反映所使用软件的部分界面，如图2； （2）该结构每个支座的支座反力； （3）该结构节点的最大位移及其所在位置； （4）对该结构中最危险单元（杆件）进行强度校核。 图1
图2 图3 本操作中选用的单位为：（N，mm，MPa）。具体操作及分析求解： 1．更该工作文件和标题。如图1.1-1.5所示
图1.1 图1.2
图1.3 图1.4 图1.5
图1.6 2.选择单元类型。 根据题目要求，选择单元类型为beam-3D-2node-188单元。 执行Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add ，选择beam-3D-2node-188。如图2.1所示。 图2.1 3．定义材料属性 该钢结构材料为碳素结构钢Q235，则将弹性模量设置为200GPa，泊松比设置为0.3。执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2.05e，在PRXY框中输入0.3。操作步骤为如图3.1；3.2所示。
第33例瞬态热分析实例——水箱 本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。 33.1概述 热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。 33.1.1 瞬态热分析的定义 瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。 33.1.2 嚼态热分析的步骤 瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。 1．建模 瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。 注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。 2.施加载荷和求解 (1)指定分析类型， Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择 Transient。 (2)获得瞬态热分析的初始条件。 定义均匀的初始温度场：Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp，初始温度仅对第一个子步有效，而用Main Menu →Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温
度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意二者的区别。 定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的，可以用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Initial Condit'n→Define 即IC命令施加。非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。该稳态分析与一般的稳态分析相同。 注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等），将时间积分关闭，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步， Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time →Time Step。 (3)设置载荷步选项。 普通选项包括每一载荷步结束的时间、每一载荷步的子步数、阶跃选项等，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time-Time Step. 非线性选项包括：迭代次数（默认25），选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Nonlinear→Equilibrium Iter;打开自动时间步长，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step：将时间积分打开，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay. 输出选项包括：控制打印的输出，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→Solu Printout; 结果文件的输出，选择Main Menu →Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→DB/Results File.
例题：一根钢梁支撑着集中质量并承受一个动态载荷（如图1所示）。钢梁长为L，支撑着一个集中质量M。这根梁承受着一个上升时间为t1的值为F1 的动态载荷F（t）。梁的质量可以忽略，确定产生最大位移响应时的时间t max 和响应y max。 图1 钢梁支撑集中质量的几何模型 材料特性：弹性模量为2e5MPa，质量为M＝0.0215t，质量阻尼为8； 几何尺寸为：L＝450mm，I＝800.6mm4，h＝18mm； 载荷为：F1＝20N，t1＝0.075s GUI操作方式： 1．定义单元类型：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现一个对话框，单击“Add”，又出现一个对话框，在对话框左面的列表栏中选择“Structural Beam”，在右面的列表栏中选择“2D elastic 3”，单击“Apply”，在对话框左面的列表栏中选择“Structural Mass”，在右边选择“3D mass 21”，单击“OK”，在单击“Options”，弹出对话框，设置K3为“2-D W/O rot iner”，单击“OK”，再单击“Close”。 2．设置实常数：Main Menu>Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delete，出现对话框，单击“Add”，又弹出对话框，选择“Type1 BEAM3”，单击“OK”，
又弹出对话框，输入AREA为1，IZZ＝800.6，HEIGHT＝18，单击“OK”，在单击“Add”，选择Type 2 MASS21，单击“OK”，设置MASS为0.0215，单击“OK”，再单击“Close”。 3．定义材料属性：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modls，出现对话框，在“Material Models Available”下面的对话框中，双击打开“Structural>Linear>Elastic>Isotropic”，又出现一个对话框，输入弹性模量EX＝2e5，泊松比PRXY＝0，单击“OK”，单击“Materal>Exit”。 4．建立模型： 1）创建节点：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Active CS，在弹出对话框中，依次输入节点的编号1，节点坐标x＝0，y ＝0，然后单击“Apply”，输入节点编号2，节点坐标x＝450/2，y＝0，然后单击“Apply”，输入节点编号3，节点坐标x＝450，y＝0。单击“OK”。2）创建单元：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes，弹出拾取框，拾取节点1和2，2和3，单击“OK”。 3）指定单元实常数：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements> Elem Attributes，弹出对话框，设置TYPE为2，REAL为2，单击“OK”。4）创建单元：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes，弹出拾取框，拾取节点2，单击“OK”。5．定义分析类型：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，弹出对话框，选择Trasiernt，单击“OK”，又弹出对话框，选择Reduced，单击“OK”。6．设置分析选项：Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options，弹出对话框，单击“OK”。
桁架和梁的有限元分析 第一节基本知识 一、桁架和粱的有限元分析概要 1．桁架杆系的有限元分析概要 桁架杆系系统的有限元分析问题是工程中晕常见的结构形式之一，常用在建筑的屋顶、机械的机架及各类空间网架结构等多种场合。 桁架结构的特点是，所有杆件仅承受轴向力，所有载荷集中作用于节点上。由于桁架结构具有自然离散的特点，因此可以将其每一根杆件视为一个单元，各杆件之间的交点视为一个节点。 2．梁的有限元分析概要 梁的有限元分析问题也是是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑、机械、汽车、工程机械、冶金等多种场合。 梁结构的特点是，梁的横截面均一致，可承受轴向、切向、弯矩等载荷。根据梁的特点，等截面的梁在进行有限元分析时，需要定义梁的截面形状和尺寸，用创建的直线代替梁，在划分网格结束后，可以显示其实际形状。 二、桁架和梁的常用单元 桁架和梁常用的单元类型和用途见表7-1。 通过对桁架和粱进行有限元分析，可得到其在各个方向的位移、应力并可得到应力、位移动画等结果。 第128页
第二节桁架的有限元分析实例案例1--2D桁架的有限元分析 问题 人字形屋架的几何尺寸如图7—1所示。杆件截面尺寸为0．01m^2，试进行静力分析，对人字形屋架进行静力分析，给出变形图和各点的位移及轴向力、轴力图。 条件 人字形屋架两端固定，弹性模量为2．0x10^11N/m^2，泊松比为0．3。 解题过程 制定分析方案。材料为弹性材料，结构静力分析，属21)桁架的静力分析问题，选用Link1单元。建立坐标系及各节点定义如图7-1所示，边界条件为1点和5点固定，6、7、8点各受1000N的力作用。 1．ANSYS分析开始准备工作 (1)清空数据库并开始一个新的分析选取Utility Menu>File>Clear&Start New，弹出Clears database and Start New对话框，单击OK按钮，弹出Verify对话框，单击OK按钮完成清空数据库。 (2)指定新的工作文件名指定工作文件名。选取Utility Menu>File>Change Jobname，弹出Change Jobname对话框，在Enter New Jobname项输入工作文件名，本例中输入的工作文件名为“2D-spar”，单击OK按钮完成工作文件名的定义。 (3)指定新的标题指定分析标题。选取Ufility Menu>File>Change Title，弹出ChangeTitle对话框，在Enter New Tifie项输入标题名，本例中输入“2D-spar problem'’为标题名，然后单击OK按钮完成分析标题的定义。 (4)重新刷新图形窗9 选取Utility Menu>Plot>Replot，定义的信息显示在图形窗口中。 (5)定义结构分析运行主菜单Main Menu>Preferences，出现偏好设置对话框，赋值分析模块为Structure结构分析，单击OK按钮完成分析类型的定义。 2．定义单元类型 运行主菜单Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add／Edit／Delete命令，弹出Element Types对话框，单击Add按钮新建单元类型，弹出Library of Element Types对话框，先选择
/PREP7 /TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction /UNITS,BIN ! 英制单位；Use U. S. Customary system of units (inches) ! /SHOW, ! Specify graphics driver for interactive run ET,1,90 ! Define 20-node, 3-D thermal solid element MP,DENS,1,.285 ! Density = .285 lbf/in^3 MPTEMP,,70,200,300,400,500 ! Create temperature table MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12 ! 指定与温度相对应的数据材料属性；导热系数；Define conductivity values MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125 ! Define specific heat values（比热） MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144 ! Define film coefficient;除144是单位问题，上面的除12也是单元问题 ! Define parameters for model generation RI1=1.3 ! Inside radius of cylindrical tank RO1=1.5 ! Outside radius Z1=2 ! Length RI2=.4 ! Inside radius of pipe RO2=.5 ! Outside pipe radius Z2=2 ! Pipe length CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90 ! 90 degree cylindrical volume for tank WPROTA,0,-90 ! 旋转当前工作的平面；从Y到Z旋转-90度；；Rotate working plane to pipe axis CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90 ! 角度选择在了第四象限；90 degree cylindrical volume for pipe WPSTYL,DEFA ! 重新安排工作平面的设置；另外WPSTYL,STAT to list the status of the working plane；；Return working plane to default setting BOPT,NUMB,OFF ! 关掉布尔操作的数字警告信息；Turn off Boolean numbering warning VOVLAP,1,2 ! 交迭体；Overlap the two cylinders /PNUM,VOLU,1 ! 体编号打开；Turn volume numbers on /VIEW,,-3,-1,1