ANSYS有限元分析——ANSYS梁问题实例
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- 1 -基于ansys 桥式起重机主梁的有限元分析1.引言起重运输设备主要从事搬运、转载、储存作业(TUL)的机械,桥式起重机是属起重运输机械之一,主梁是各式桥式起重机中最主要的部件之一,它承受着垂直方向的载荷(小车自重或起吊重物、主梁本身的自重和机械、电气设备的质量)和水平方向的载荷(当起重机或小车起动和制动时产生的惯性力)。
所以它应该有足够的垂直和水平方向的强度、刚度和稳定性,并有良好的抗疲劳性能和足够的疲劳强度。
主梁的高度根据起重量和跨度决定。
株洲天桥起重机股份有限公司首次开发和制造200t 的桥式起重机,对其主要承载结构件需进行严格的强度计算和刚度校核,下面采用先进的有限元理论计算方法和通用性大型ansys 有限软件对其主梁进行计算分析。
2.主梁的有限元模型的建立2.1 实体模型的建立考虑到此主梁结构异常复杂,零部件多,计算量很大,因此在建模过程中进行了一定的简化处理,略去和简化了一些对计算结果影响不大的零件,如:螺栓孔、倒角等。
将各零件的有限元模型建立起来,再加上边界约束条件,建立实体的有限元模型。
本文采用三维软件solidworks 建模,采用parasolid 文件实体导入ansys ,做前处理、分析计算和后处理等一系列工作,主梁的三维实体模型如图1所示,图2为主梁三维实体部分剖面图。
图1主梁三维实体模型图 图2主梁三维实体局部剖面图主梁的主要技术参数有,上下盖板为16mm ,主腹板为12mm ,副腹板为10mm ,中部梁高均为2200mm ,端部梁高1050mm ,主梁宽度为1800mm,总跨度为22m 。
2.2有限元模型的建立2.2.1 定义材料属性实体建模完成后,用ansys 有限元软件导入模型。
在计算时认为各焊接件本身无缺陷,焊接牢固,无虚焊、漏焊、松脱现象,焊接后残余应力较小,不足以影响分析结果。
静态分析的总体平衡方程[][]{}0=-P K δ定义为线性方程,因此分析类型选择线性,网格类型采用的是实体网格solid45,并采用自由网格进行离散化。
4.2 梁单元静力学分析当结构长度对横截面的比率超过10:1,沿长度方向的应力为主要分析对象,且横截面始终保持不变时,即应用梁单元。
梁单元可用于分析主要受侧向或横向载荷的结构,如建筑桁架、桥梁、螺栓等。
在WB中默认为铁摩辛柯(Timoshenko)梁单元,即Beam188和Beam189,可计算弯曲、轴向、扭转和横向剪切变形。
其中Beam188采用线性多项式作为形函数,Beam189采用二次多项式作为形函数,当WB的Mesh设置中Mesh-Element Midside Nodes为Dropped 时,即为Beam188;Mesh-Element Midside Nodes为Kept时,即为Beam189。
有限元对单元特性的描述包括单元形状、节点数目、自由度和形函数。
表4-2-1为Beam 单元的对比。
在WB中默认设置为二次单元。
一般来说,线性单元需要更多的网格数才能达到二次单元的精度。
选用二次单元可提高计算精度,这是因为二次单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界,且二次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数,所以当结构形状不规则、应力分布或变形很复杂时可以选用高阶单元。
但高阶单元的节点数较多,在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模要大得多,计算内存消耗也多,因此,在使用时应权衡考虑计算精度和时间。
表4-2-1 Beam单元对比4.2.1 梁模型有限元计算用ProE建立一桁架模型,导入WB进行分析计算。
(1)ProE建模。
在草绘界面绘制一边长为30mm、40mm、50mm的三角形,然后选择投影命令将草绘图形投影到基准面上,另存为x_t文件(其他3D软件操作方法类似)。
(2)导入模型。
如图4-2-1所示,在Import设置中,Operation设为Add Frozen,Line Bodies 设为Yes。
– 65 –– 66 – 图4-2-1 Import ProE模型文件设置(3)梁截面赋值,并定义截面方向,最后用Form New Part将三根梁合并为一个部件,如图4-2-2所示。
(一)研究背景桥梁在一个国家的交通运输和经济发展中占有十分重要的位置 ,而桥梁桁架结构是保证桥梁安全运营的重要手段。
随着技术的发展,桥梁桁架结构己经发展成为桥梁领域中必不可少的专用结构,桥梁桁架结构更是代表了桥梁的主流发展方向,具有广阔的市场前景。
木文的研究对象为桥梁桁架结构,采用有限元法对该车结构进行了有限元分析。
(二)研究目的本文认真研究了桥梁的结构组成和工作原理,对桥梁各组成部件进行了合理的模型处理和简化,利用有限元分析软件ANSYS的APDL语言,建立了各部件的有限元参数化模型。
按照真实情况采用合理的方式模拟各部件间的连接关系,将各部件组成一个整体。
通过以上工作建立了桥梁的有限元分析模型,对桥梁桁架结构进行静力学分析,分析桥梁桁架结构在静态情况下的位移变形,应力应变分布,为桥梁桁架结构的设计与制造提供理论依据。
(三)有限元分析过程1.定义材料属性,包括密度、弹性模量、泊松比。
点击主菜单中的"Preprocessor'Material Props >Mat erialModels” ,弹出窗口,逐级双击右框中“Structural、Linear\ Elastic\ Isotropic n前图标,弹出下一级对话框,在"弹性模量” (EX)文本框中输入:2. Oell ,在“泊松比” (PRXY)文本框中输入:0. 3,如图所示,点击“0K”按钮,同理点击Density输入7850即为密度。
A define Material Model BehaviorMaterial Edit Favorite HelpA Linear I&otropic Properties for P/aterhl Number 1Linear Isotropic Ifaterial Propertiesfor Kat erial NuiTber 1T1Terrperatures |0 EX PRX7|o.3Add Temper attire | Delete TeiuperatureGraphOKdree] |HebA Define Material Model Behavior Matenal Edit Favorite Help2. 定义单元属性,包括单元类型、单元编号、实常数。
Ansys Workbench是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件,可以用于解决各种结构力学、流体动力学、电磁场等问题。
本文将以Ansys Workbench为例,介绍一个结构力学的例题,并详细讲解解题过程。
1. 问题描述假设有一个悬臂梁,在梁的自由端施加一个集中力,要求计算梁的应力分布和挠度。
2. 建模打开Ansys Workbench软件,新建一个静力学分析项目。
在几何模型中,画出悬臂梁的截面,并确定梁的长度、宽度和厚度。
在材料属性中,选择梁的材料,并输入对应的弹性模量和泊松比。
在约束条件中,将梁的支座固定,模拟悬臂梁的真实工况。
在外部荷载中,施加一个与梁垂直的集中力,确定力的大小和作用位置。
3. 网格划分在建模结束后,需要对悬臂梁进行网格划分。
在Ansys Workbench 中,可以选择合适的网格划分方式和密度,以保证计算结果的准确性和计算效率。
通常情况下,悬臂梁的截面可以采用正交结构网格划分,梁的长度方向可以采用梁单元网格划分。
4. 设置分析类型在网格划分完成后,需要设置分析类型为结构静力学。
在分析类型中,可以选择加载和约束条件,在求解器中,可以选择计算所需的结果类型,如应力、应变、位移等。
5. 求解和结果分析完成以上步骤后,可以提交计算任务进行求解。
Ansys Workbench软件会自动进行计算,并在计算完成后给出计算结果。
在结果分析中,可以查看悬臂梁的应力分布图和挠度图,进一步分析梁的受力情况和变形情况。
6. 参数化分析除了单一工况下的分析,Ansys Workbench还可以进行参数化分析。
用户可以改变材料属性、外部加载、几何尺寸等参数,快速地进行批量计算和结果对比分析,以得到最优的设计方案。
7. 结论通过Ansys Workbench对悬臂梁的结构分析,可以得到悬臂梁在外部加载下的应力分布和挠度情况,为工程设计和优化提供重要参考。
Ansys Workbench还具有丰富的后处理功能,可以绘制出直观的分析结果图,帮助工程师和研究人员更好地理解和使用分析结果。
《有限元教程》20例ANSYS经典实例有限元方法在工程领域中有着广泛的应用,能够对各种结构进行高效精确的分析和设计。
其中,ANSYS作为一种强大的有限元分析软件,被广泛应用于各个工程领域。
下面将介绍《有限元教程》中的20个ANSYS经典实例。
1.悬臂梁的静力分析:通过加载和边界条件,研究悬臂梁的变形和应力分布。
2.弯曲梁的非线性分析:通过加载和边界条件,研究受弯曲梁的非线性变形和破坏。
3.柱体的压缩分析:研究柱体在压缩载荷作用下的变形和应力分布。
4.钢筋混凝土梁的受弯分析:通过添加混凝土和钢筋材料属性,研究梁的受弯变形和应力分布。
5.圆盘的热传导分析:根据热传导方程,研究圆盘内部的温度分布。
6.输电线杆的静力分析:研究输电线杆在风载荷和重力作用下的变形和应力分布。
7.轮胎的动力学分析:通过加载和边界条件,研究轮胎在不同路面条件下的变形和应力分布。
8.支架的模态分析:通过模态分析,研究支架的固有频率和振型。
9.汽车车身的碰撞分析:通过加载和边界条件,研究汽车车身在碰撞中的变形和应力分布。
10.飞机翼的气动分析:根据飞机翼的气动特性,研究翼面上的气压分布和升力。
11.汽车车身的优化设计:通过参数化建模和优化算法,寻找最佳的车身结构设计。
12.轮毂的疲劳分析:根据材料疲劳寿命曲线,研究轮毂在不同载荷下的寿命。
13.薄膜材料的热应力分析:根据热应力理论,研究薄膜材料在不同温度下的应变和应力。
14.壳体结构的模态分析:通过模态分析,研究壳体结构的固有频率和振型。
15.地基基础的承载力分析:通过加载和边界条件,研究地基基础的变形和应力分布。
16.水坝的稳定性分析:根据水力和结构力学,研究水坝的稳定性和安全性。
17.风机叶片的动态分析:通过加载和边界条件,研究风机叶片在不同风速下的变形和应力分布。
18.圆筒容器的蠕变分析:根据蠕变理论,研究圆筒容器在持续加载下的变形和应力。
19.桥梁结构的振动分析:通过模态分析,研究桥梁结构的固有频率和振型。
ANSYS有限元分析实例假设我们需要分析一个简单的悬臂梁结构,该梁由一个固定端和一个自由端组成。
其几何形状和材料属性如下:梁的长度:L = 1000mm梁的宽度:W = 20mm梁的高度:H = 10mm梁的材料:钢材材料的弹性模量:E=210GPa材料的泊松比:υ=0.3在进行有限元分析之前,我们首先需要绘制悬臂梁的几何模型,并划分网格。
对于本例,我们可以使用ANSYS软件的几何建模工具进行绘制和网格划分。
然后,我们需要定义材料属性和加载条件。
在ANSYS中,可以通过分析系统中的属性表来定义材料属性。
在本例中,我们将定义钢材的弹性模量和泊松比。
接下来,我们将定义结构的约束和加载条件。
悬臂梁的固定端不允许位移,因此我们需要将其固定。
我们还需要定义在自由端施加的外部力或力矩。
在建立有限元模型之后,我们需要进行模型网格划分并设置网格精度。
在ANSYS中,可以选择适当的网格划分工具,例如自适应网格划分或手动划分。
完成网格划分后,我们可以应用适当的材料属性和加载条件。
在ANSYS中,可以使用强度分析工具来定义材料属性,并使用负载工具来定义加载条件。
我们可以在加载条件中指定施加在自由端的外部力或力矩。
然后,我们需要选择适当的求解器类型和求解方法。
在ANSYS中,可以选择静态结构分析求解器,并选择适当的求解器设置。
在求解器设置完成后,我们可以运行有限元分析,并获得结构的响应和性能结果。
在ANSYS中,可以查看和分析各个节点和单元的应力、应变、位移等结果。
最后,我们可以通过对结果进行后处理和分析,得出结构的安全性和性能评估。
在ANSYS中,可以使用后处理工具查看节点和单元的应力云图、变形云图、反应力云图等。
综上所述,这是一个使用ANSYS有限元分析进行静态结构分析的简单实例。
通过应用ANSYS软件的建模、网格划分、材料属性定义、加载条件定义、求解器设置、求解分析等步骤,我们可以获得悬臂梁结构在不同加载条件下的响应和性能结果。
有限元分析梁的有限元分析试分析图中梁:梁承受均布载荷:1.0e5 P a图1 梁的载荷图梁截面分别采用以下三种截面(单位:m):矩形截面:圆截面:工字形截面:B=0.1, H=0.15 R=0.1 w1=0.1,w2=0.1,w3=0.2,t1=0.0114,t2=0.0114,t3=0.0071.1进入ANSYS程序→ANSYSED 6.1 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run1.2设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK1.3选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete…→Add…→select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window)→Close (the Element Type window)1.4定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→ OK1.5定义截面ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面:矩形截面:ID=1,B=0.1,H=0.15 →Apply →圆截面:ID=2,R=0.1 →Apply →工字形截面:ID=3,w1=0.1,w2=0.1,w3=0.2,t1=0.0114,t2=0.0114,t3=0.007→OK1.6生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS→依次输入二个点的坐标:input:1(0,0),2(10,0),3(5,1)→OK 生成梁ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →lines →Straight lines →连接两个特征点,1(0,0),2(10,0) →OK1.7 网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing→Mesh Attributes→Picked lines →OK→选择: SECT:1(根据所计算的梁的截面选择编号);Pick Orientation Keypoint(s):YES→拾取:3#特征点(5,1) →OK→Mesh Tool →Size Controls) lines: Set →Pick All(in Picking Menu) →input NDIV:5→OK (back to Mesh Tool window) → Mesh →Pick All(in Picking Menu) → Close (the Mesh Tool window)1.8 模型施加约束✓最左端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement→ On Nodes→pick the node at (0,0) → OK→select ALL DOF → OK✓最右端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement→ On Nodes→pick the node at (10,0) → OK→select UY,UZ,ROTX → OK✓施加y方向的载荷ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Pressure→ On Beams→Pick All→VALI:100 → OK1.9 分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →OK1.10 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape…→select Def + Undeformed→OK (back to Plot Results window) →Contour Plot→Nodal Solu →select: DOF solution, UY, Def + Undeformed, Rotation, ROTZ ,Def + Undeformed→OK。
桌面受力有限元分析报告班级:机自0805姓名:刘刚学号:200802070515摘要:本报告是在ANSYS10.0的平台上,采用有限元静力学分析方法,对桌面受力进行应力与变形分析。
一、问题描述:桌面长1500mm,宽800mm,厚50mm,桌脚长650mm,为空心圆管,外径70mm,内径60mm,桌面中央300mmX150mm的区域内承受2.5 Mpa的压力,四个桌脚完全固定,假设所有材料为铝合金,弹性模量E=7.071×104 Mpa,泊松比μ=0。
3。
试用Shell63单元模拟桌面、Beam188单元模拟桌脚,分析此桌子的变形及受力情况。
假设桌子的垂直方向最大变形量的许用值为0。
5%(约7。
5mm),该设计是否满足使用要求,有何改进措施?二、定义类型:(1)定义单元类型 63号壳单元和188号梁单元(2)定义材料属性弹性模量E=7.071×104 Mpa泊松比μ=0.3(3)定义63号壳单元的实常数,输入桌面厚度为50mm定义梁单元的截面类型为空心圆柱,内半径30mm,外半径35mm(4) 建立平面模型(5)划分网格利用mapped网格划分工具划分网格(6)施加载荷将四个桌脚完全固定,在桌面中央300mmX150mm的区域内施加向下的2.5 Mpa压力三、分析求解(1)变形量(2)位移云图(3)应力云图四、结果分析根据位移云图可知,蓝色地方的变形量最大,最大变形量为:10.048mm根据应力云图可知,红色地方所受的应力最大,最大应力为:191.73Mpa五、结论由于桌子垂直方向最大变形量为10.048mm,而材料最大许用变形量为7。
5mm 即SMX=10.048mm>[SMX=7。
5mm]故:此设计不满足要求,应该重新选择材料。