下载文档原格式
前言 软件只是工具，多用就能熟练，而理论 知识才是软件的灵魂，掌握必要的理论知 识 有助于正确的使用软件以及理解软件 识，有助于正确的使用软件以及理解软件 各个数据的含义。
1.应力 1. 应 应力 应力的国际单位是Pa 应力的国际单位是 Pa，也就是牛 ，也就是牛/ /米2，简 单来说就是指单位面积上物体所受到的力 它 单来说就是指单位面积上物体所受到的力，它 是衡量物体受力状态是否安全的重要参数，正 应力的代号是“σ”、剪应力的代号是 应力的代号是 剪应力的代号是“τ”。
2.应变 2. 应变 应变的国际单位是1 应变的国际单位是 1，简单来说就是指杆件 的绝对伸长量与杆件长度的比值，代号为 “ε”。
3 弹性模量 3.弹性模量 3. 弹性模量的单位是Pa 弹性模量的单位是 Pa，和应力单位一 ，和应力单位一 致，对于同一种材料，它是衡量应力与应 变关系的常量，也就是说弹性模量只与物 体的材质有关。
弹性模量的代号为“E 体的材质有关。
弹性模量的代号为“ E”。
4.物体的几种受力状态 4 4.物体的几种受力状态 ㈠ 受压受拉状态 物体两端受挤压力或拉伸力的状态，此 时的物体只受正应力 正应力= 时的物体只受正应力，正应力= 时的物体只受正应力，正应力 正应力=端部力 端部力/ /物 体截面积。
㈡ 受剪受扭状态 剪 态 受剪状态主要是指杆件长度与杆件截面 相差不大时，杆件两端固定，中间受垂直 于杆件截面的力的状态 例如销轴 剪应 于杆件截面的力的状态，例如销轴。
剪应 力=中间垂直力 中间垂直力的一半 的一半/ /杆件截面积。
受扭状态属于选修概念，是指杆件受 到垂直于杆件截面的扭矩的状态，该状态 下的杆件产生的也是剪应力，圆柱截面的 下的杆件产 的 是剪应 圆柱截面的 剪应力计算公式为： τ=Mn Mn/ /Wn 其中，Wn 其中， Wn= =Ip/ρMAX Ip是圆柱截面极惯性矩 是圆柱截面极惯性矩I Ip= πD4/32 ρMAX圆柱截面半径 矩形截面的剪应力计算公式为： 截 剪 计算 τ=Mn×bmax/IK 其中b 其中 bmax是最长边长度； 是最长 长度 IK=1/3 是最长边长度；I =1/3Σ 1/3Σ 1/3 Σhibi3㈢受弯状态【重点 ㈢受弯状态【 重点】 】 受弯状态是指当杆件长度远大于杆件 截面时 受到与杆件轴线相垂直的荷载 截面时，受到与杆件轴线相垂直的荷载， 在这样的荷载下杆件会变弯，其轴线由原 来的直线变成了曲线 这种受力变形状态 来的直线变成了曲线，这种受力变形状态 叫做受弯状态。
第19卷第1期2010年3月计算机辅助工程Computer A ided EngineeringVol.19No.1Mar.2010C AE软件操作技巧ABC陈惠亮, 黄歆明(同济大学应用力学研究所,上海 200092)1 在ANS Y S中如何显示梁截面通过输入/eshape命令行即可.需要说明的是,一般的梁杆单元都可以通过/eshape命令显示截面,但是其截面均为根据输入的实常数所换算出的等效矩形截面,只有诸如bea m44之类的单元可以保存通过Secti ons定义的截面形状并通过/eshape显示出来.2 ANS Y S中梁的铰接处理通常,梁单元之间通过公用节点使得相邻的单元表现为固接形式,相当于在公用节点处约束全部自由度,而对于铰接的表现形式(约束平动自由度和释放转动自由度),可以通过在铰接处建立2个keypoint,使得网格划分时在1点存在2个重合节点,而后在2个节点处通过Prep r ocess or>Coup ling Ceqn>Coup le DOFS 指定所有平动自由度相互耦合(释放了转动自由度),这样即可模拟铰接.3 ANS Y S中梁问题的弯矩图绘制在用ANSYS分析梁问题时,无法通过General Post p r oc>Pl ot Results>Cont our Pl ot查看弯矩结果,但可以通过定义etable实现.首先需要明确想要查看的结果对应于所使用单元的编号(hel p中各单元信息的Ite m and Sequence Numbers表格),然后在General Post p r oc>Eie ment Table中定义相应的单元表,ite m为s m isc,在箭头所示框内加入s m isc中的项目编号.注意hel p中的x,y,z方向为单元局部坐标.最后在General Post p r oc>Pl ot Results >Cont our Pl ot>L ine Ele ment Res中分别选择I,J节点的ele menttable,即可绘制弯矩图.4 ANS Y S梁问题截面方向定义在分析梁问题时,有时需要定义梁截面的方向,可以在Prep r ocess or>Meshing>Mesh A ttributes中定义,选择其中的Pick O rientati on Keypoint(s),点击确定后可以通过选择Keypoint定义网格划分后的截面方向.5 使用完全积分单元时的剪力自锁问题及其解决方法梁弯曲的基本特征见图1.当梁受弯时,轴向应变在厚度方向(竖直方向)上呈线性变化,厚度方向上无应变,也没有剪应变.如图2所示,1阶完全积分4节点四边形单元弯曲时,轴向应变通过积分点的水平长度变化,厚度方向应变通过积分点的垂直长度变化,而剪应变则是水平线与垂直线之间夹角的变化.单元中存在的剪应变与实际情况明显不符,这是由单元的数学描述而产生的.单元边不能弯曲使得原本不存在的剪应力出现,且使得单元变形表现为剪切变形而非弯曲变形,称为剪力自锁现象.图1 梁弯曲基本特征图2 完全积分单元剪力自锁 剪力自锁问题只影响受弯曲载荷的完全积分线性单元,这些单元功能在受直接或剪切载荷时没有问题.只有能确定在所分析的模型中载荷只会使结构产生小弯曲时,才可以采用完全积分线性单元.如果载荷产生的位移中包含较大的弯曲部分或不能确定其类型,则应该采用不同的单元类型. 由于2阶单元的边界可以弯曲(见图3),没有剪力自锁问题,因此在分析一般问题时较接近理论值.但是,在复杂应力状态下,完全积分二次单元也可能发生锁死.此时需要采用其他的解决方法.图3 受弯曲的完全积分二次单元的变形 针对完全积分单元剪力自锁现象的解决方法如下:(1)使用减缩积分单元;(2)使用扩充节点的单元,例如原来使用4节点四边形单元,可改为8节点四边形单元;(3)单元形状尽可能规则,长宽比、斜度、锥度以及翘曲等都应得到控制以减少和避免自锁.6 使用减缩积分单元时的沙漏现象及其解决方法减缩积分单元与完全积分单元相比,在每个方向上少用1个积分点,因而1阶(线性)减缩积分单元只在单元中心有1个积分点.只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分,而所有其他四面体和三角形采用完全积分,然而这2类单元可以同时使用.采用减缩积分单元可以解决剪力自锁问题,然而减缩积分单元在使用中又会产生沙漏问题.沙漏问题是指减缩积分单元在弯曲时出现如图4所示的形状类似沙漏的不正常应变,因而得名.这是因为单元在变形时,通过积分点的水平和垂直线长度以及两者夹角均没有变化,单元单个积分点上所有的应力分布都为0.由于单元扭曲产生应变能,所以这种弯曲的变形模态是零能量模式.在较粗的网格中,这种零能量模式可以通过网格扩展,从而产生无意义的结果.图4 减缩积分单元的沙漏问题 如果分析对象中有多个此类单元沿厚度方向排列,则分析对象的变形情况计算结果见图5.在厚度方向上可测得正确的轴向应变,剪应变为0.因此,只要低阶减缩积分单元足够精细(在厚度方向至少4个单元),可以用此类单元模拟弯曲问题.图5 低阶减缩积分单元模拟弯曲时变形情况的计算结果 针对减缩积分单元沙漏问题的解决方法如下:(1)使用完全积分单元;(2)控制减缩积分单元的尺寸,只要单元足够精细,仍然可以保证准确度;(3)使用非协调单元.(摘自同济大学郑百林教授《CAE 操作技能与实践》课程讲义)69计 算 机 辅 助 工 程 2010年 。
1.基本介绍1.1.概述FLAC 3D是一个三维显式有限差分程序，主要应用于工程力学计算。
程序基于二维FLAC程序中已经建好的数值方程式。
FLAC 3D将FLAC的分析能力拓展到三维，用于模拟三维土体、岩体或其他材料的力学特性，尤其是达到屈服极限的塑性流变特性。
用户通过调整多面体单元的三维网格结构，来拟合要被建模的物体的实际形状。
每个单元体根据既定的线形/非线性的应力/应变规律对相应施加的力和边界约束条件作出响应。
并且当材料发生屈服流动后，网格也能够适应变形和移动（大变形模式）。
FLAC 3D采用的显式拉格朗日算法和混合——离散分区技术能够确保材料塑性坍塌破坏和流动过程的精确模拟。
由于无须形成刚度矩阵，因此采用较小的计算资源，就能够求解大范围的三维（岩土工程）计算问题。
通过自动惯性缩放及自动阻尼，显式方程式的缺点（小时间步限制和阻尼问题）已经被克服，且不会影响到物体的原有破坏行为。
FLAC 3D为三维岩土工程问题的解决提供了一个理想的分析工具。
FLAC 3D被设计，专门为了在装有Windows98及更高的版本的操作系统的IBM兼容的微型计算机上操作。
在岩土工程方面，实际的三维模型计算可以在合理的时间内被完成。
例如，创建一个包含大约140000个单元体的模型需要128M的内存。
对于一个有10000个单元体的摩尔——库伦模型，在2.4GHz的奔腾IV微型计算机上，完成5000个计算步需要大概18分钟。
对于显式计算求解，到达平衡状态的所需求解计算步数不定，但无论什么类型的模型，这个值都大概会在3000-5000步之内。
随着浮点数计算速度的提高，以及以低代价安装附加内存的能力，用FLAC 3D解决更大的三维问题成了可能。
FLAC 3D既可以通过命令行驱动，也可以通过图案菜单驱动。
默认的命令驱动模式和Itasca其他的软件产品是一样的。
你会发现其中大部分命令都是一样的。
在FLAC 3D中，菜单驱动的图形用户界面可用于绘图，显示工作。
建筑行业中使用的结构力学分析软件教程随着科技的进步，建筑行业中越来越多的工作得以通过计算机软件来完成。
结构力学是建筑设计和施工过程中至关重要的一环，而结构力学分析软件则为工程师和设计师提供了强大的工具来对复杂的结构进行分析和设计。
本文将介绍几种常见的建筑行业中使用的结构力学分析软件以及它们的基本原理和应用。
1. SAP2000SAP2000是一款广泛使用的分析和设计软件，由CSI （Computers and Structures Inc.）公司开发。
它可以用于线性和非线性静力和动力分析，以及结构设计和优化。
SAP2000的界面友好，并提供了大量的分析功能和建模工具。
它支持多种分析方法，包括有限元法、有限差分法和谱法等。
该软件能够处理各种类型的结构，包括框架、梁柱系统、钢结构和混凝土结构等。
此外，SAP2000还可以模拟结构在地震、风荷载和温度影响下的反应。
工程师可以通过该软件进行结构的稳定性分析、模型参数的优化和施工过程的模拟。
2. ETABSETABS是另一款由CSI公司开发的结构力学分析软件，广泛应用于建筑工程中。
它主要用于建筑结构的静力和动力分析。
与SAP2000类似，ETABS也支持有限元法进行分析。
该软件具有强大的建模功能，工程师可以通过图形界面轻松地建立复杂的结构模型，并进行多种类型的分析，如线性和非线性动力响应分析、地震分析和温度效应分析等。
ETABS还可以进行结构的设计和优化，并提供了丰富的结果输出和可视化工具。
3. ANSYSANSYS是一款综合性的有限元分析软件，也被广泛应用于建筑工程领域。
它不仅可以进行结构力学分析，还可以进行多物理场耦合、流体力学分析和热分析等。
ANSYS具有强大的建模能力，工程师可以通过其建立复杂的结构模型，并进行各种类型的分析。
该软件支持各种材料属性和加载条件，并可以模拟结构在不同环境下的响应和行为。
此外，ANSYS还提供了丰富的后处理功能和结果展示工具，使工程师能够全面评估结构的性能和安全性。
数值计算方法在工程力学仿真上应用总结工程力学仿真是一种通过计算机模拟和分析真实世界中的力学问题的方法。
在工程设计和优化过程中，通过进行仿真分析，可以准确预测结构的性能、响应和安全性。
数值计算方法在工程力学仿真中扮演着重要的角色，它们可以帮助工程师更好地理解和解决工程问题。
本文将总结几种常见的数值计算方法在工程力学仿真中的应用。
有限元法是工程力学仿真中最常用的数值计算方法之一。
它将连续介质离散化为有限数量的小区域，称为有限元。
每个有限元都由离散的节点和与之相连的单元组成。
通过在每个节点上定义适当的插值函数，可以近似描述结构的应力、位移和应变等参数。
通过求解节点上的未知位移，可以得到结构的响应和变形情况。
有限元法可以应用于各种工程力学问题，包括静力学、动力学、热传导等。
它不仅可以模拟线性弹性材料的行为，还可以考虑非线性和材料非均匀性等复杂情况。
有限差分法是另一种常用的数值计算方法，尤其适用于偏微分方程的求解。
它将求解域离散化为网格，将偏微分方程中的导数用差分近似代替。
通过在网格节点上计算差分方程，可以得到整个求解域上的近似解。
有限差分法在工程力学中广泛应用于弹性力学、热传导和流体力学等领域。
通过适当选择网格的尺寸和求解精度，可以得到较为准确的结果。
有限体积法是一种将求解域划分为有限个体积元的数值计算方法。
与有限差分法类似，有限体积法也是通过在节点上对偏微分方程进行离散化计算。
不同之处在于有限体积法通过对流通量的积分来计算通量的离散值，考虑了质量守恒和能量守恒的物理规律。
有限体积法在处理复杂的非线性问题和多物理场耦合问题时表现出较好的稳定性和精确性。
边界元法是一种将求解域划分为无限个边界元的数值计算方法。
它通过在边界上建立边界积分方程，将问题的求解转化为求解边界上的未知量。
边界元法在工程力学中广泛应用于弹性力学、声学和电磁学等领域。
与有限元法相比，边界元法在处理边界上的问题时更加高效，适用于大规模问题的求解。
工程力学中的力学计算方法与工具工程力学是应用力学原理来解决与工程实际问题相关的科学与技术领域。
在工程力学中，力学计算方法与工具扮演着至关重要的角色。
本文将介绍一些在工程力学中常用的力学计算方法与工具，并探讨它们在实际工程中的应用。
一、力学计算方法1. 杆件计算方法杆件计算方法是指通过对杆件进行分析和计算，来确定其受力状态和变形情况的方法。
常见的杆件计算方法包括静力学方法、弹性力学方法和塑性力学方法。
其中，静力学方法适用于强度分析和稳定性分析；弹性力学方法适用于弹性变形计算；塑性力学方法适用于塑性变形计算。
2. 弹性体计算方法弹性体计算方法是指通过对弹性体进行分析和计算，来确定其内部应力分布和变形情况的方法。
常见的弹性体计算方法包括受力分析方法、应变能方法和位移法。
其中，受力分析方法是基于受力平衡原理进行分析；应变能方法是基于总应变能最小化原理进行分析；位移法是基于位移相关的原理进行分析。
3. 流体力学计算方法流体力学计算方法是指通过对流体进行分析和计算，来确定其流动行为和力学特性的方法。
常见的流体力学计算方法包括雷诺平均法、湍流模型和计算流体力学（CFD）方法。
其中，雷诺平均法适用于大尺度流动的平均特性分析；湍流模型用于描述湍流流动的平均统计特性；CFD方法基于数值模拟的手段，可以求解流体力学方程并得到流动的细节信息。
二、力学计算工具1. 有限元方法有限元方法是一种常用的力学计算工具，通过将结构或体积离散化为有限个单元，再根据力学原理建立有限元方程，最终求解出结构的受力状态和变形情况。
有限元方法适用于复杂结构的力学分析和设计，广泛应用于工程力学中。
2. 计算机辅助工程（CAE）软件CAE软件是指利用计算机技术来辅助进行工程设计和分析的软件工具。
它集成了多种力学计算方法和模拟技术，可以进行结构力学、流体力学、热力学等方面的计算和仿真。
常见的CAE软件包括ANSYS、ABAQUS和SolidWorks等。
