重庆大学研究生有限元大作业教学内容

重庆大学研究生有限

元大作业

课程研究报告

科目：有限元分析技术教师：阎春平姓名：色学号： 2

专业：机械工程类别：学术

上课时间： 2015 年 11 月至 2016 年 1 月

考生成绩：

阅卷评语：

阅卷教师 (签名)

有限元分析技术作业

姓名: 色序号: 是学号: 2

一、题目描述及要求

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。主梁和次梁之间是固接。试对在垂直于玻璃平面方向的2kPa 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。

二、题目分析

根据序号为069，换算得钢结构框架为11列13行。由于每个格子的大小为1×1（单位米），因此框架的外边框应为11000×13000（单位毫米）。

三、具体操作及分析求解

1、准备工作

执行Utility Menu：File → Clear＆start new 清除当前数据库并开始新的分析，更改文件名和文件标题，如图1.1。选择GUI filter，执行

Main Menu: Preferences → Structural → OK，如图1.2所示

图1.1清除当前数据库并开始新的分析

图1.2 设置GUI filter

2、选择单元类型。

执行Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add→ select→ BEAM188，如图2.1。之后点击OK(回到Element Types window)

→Close

图2.1 选择单元

3、定义材料属性

该钢结构材料为碳素结构钢Q235，其弹性模量为210GPa，执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear

→Elastic →Isotropic，此处协调单位制为mmkgs，故EX设为2.1E8, PRXY设置为0.3。如图3.1所示，选择OK并关闭对话框。

图3.1 设置材料参数

4、定义梁的截面

定义主梁和次梁的截面，执行Main Menu→Preprocessor →Sections

→Beam→Common Sections，弹出如下图所示截面定义对话框。输入ID1，按照选择方钢管，W1=100，W2=160，t1=t2=t3=t4=14；输入ID2，选择圆管，

Ri=20，Ro=30，分别如图4.1与图4.2所示。图4.3为主梁截面形状。

图4.1 方管参数设置 图4.2 圆管参数设置

图4.3 主梁截面形状

5、创建实体模型

执行Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →On Working Plane，输入点坐标值，点击apply，如图5.1a。依次创建 (0,0), （11000,0），（11000,13000）,（0,13000）4个关键点，结果如图5.1b所示。执行Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Lines →Straight line，两两拾取点，连点成线。如图5.2所示。

图5.1a 创建关键点

图5.1b 创建关键点

图5.2 创建模型

执行Preprocessor →Modeling →Copy →Lines，偏移1000，行数13，列数11，分别复制行和列，则几何模型创建完毕，如图5.3所示。

图5.3 创建模型

6、划分单元，生成有限元模型

执行preprocessor →meshing →size cntrls→manualsize→lines→All line，输入单元长度1000，如图6.1。

图6.1 设定单元长度

点击OK，结果如图6.2所示。执行pre processor →meshing →mesh tool，设置global，如图6.3所示。按mesh，选选取所有主梁。再执行preprocessor

→meshing →mesh tool，设置global，如图6.4所示设置。按mesh，再选择所有次梁。网格划分完毕结果如图6.5。

图6.2 单元长度划分

图6.3 设置主梁Meshing Attributes

图6.4 设置次梁Meshing Attributes

图6.5 网格划分

7、合并重复nodes

执行Preprocessor→NumberingCtrls→MergeItems→OK。执行utility menu：plot→ nodes，结果如图7.1所示

图7.1 合并nodes

8、定义分析类型并施加约束

执行Main Menu→Solution→ Analysis Type→New Analysis，定义分类型为Static。对模型施加约束，执行Main Menu → Solution →Apply→ Structural →Displacement → OnNodes，选取6个点，1，26，15，44，20，2，约束选为ALL DOF。执行Main Menu → Solution → Apply → Structural →

Force/Moment→OnNodes，依次对4个角上的结点（1，26，2，15），边缘结点（39~48，27~38，16~25，3~14）以及中间的结点（剩余所有结点）施加FZ 载荷，注意到力的单位是kgmm/s2，值分别为-500000、-1000000、-2000000。结果如图8.1a，8.2b所示。

8.1b 结点载荷，约束