ansys课程设计报告-平面桁架静力学分析

辽宁工程技术大学课程设计课程大型工程分析软件及应用题目平面桁架的静力分析院系力学与工程学院专业班级学生姓名学生学号2018年01月07 日力学与工程学院课程设计任务书课程 大型工程分析软件及应用课程设计题目 平面桁架的静力分析专业 姓名主要内容：1、 小型铁路桥由横截面积为3250mm 2的钢制杆件组装而成。

一辆火车停在桥上，EX=2.1×105MPa ，μ=0.3，ρ=7.8×103kg/m 3。

试计算位置R 处由于载荷作用而沿水平方向移动的距离以及支反力，同时，分析各个节点的位移和单元应力。

2、 试件的几何参数设计报告目录a=1ma=1m a=1m b=1mRF2=280KNF1=210KN第1章概述................................................................................................................... - 3 -1.1 课程设计的意义、目的..................................................................................................... - 3 - 第2章 ANSYS详细设计步骤........................................................................................ - 3 -2.1问题分析.............................................................................................................................. - 3 -2.2基于ANSYS分析的步骤................................................................................................... - 3 -2.2.1启动ANSYS，进入ANSYS界面........................................................................... - 4 -2.2.2定义工作文件名和分析标题.................................................................................... - 4 -2.2.3设定分析类型............................................................................................................ - 4 -2.2.4选择单元类型............................................................................................................ - 4 -2.2.5定义实常数................................................................................................................ - 5 -2.2.6定义力学参数............................................................................................................ - 5 -2.2.7存盘............................................................................................................................ - 6 -2.2.8创立关键点先、线.................................................................................................... - 6 -2.2.9设置、划分网格........................................................................................................ - 8 -2.2.10施加荷载并求解.................................................................................................... - 10 - 第3章设计结果及分析............................................................................................. - 13 -3.1显示桁架变形图................................................................................................................. - 13 -3.2列表显示节点解................................................................................................................. - 14 -3.3上述分析对应的命令流如下：......................................................................................... - 15 - 结论............................................................................................................................... - 17 - 心得体会....................................................................................................................... - 17 - 参考文献....................................................................................................................... - 18 -设计报告第1章概述1.1 课程设计的意义、目的1〕ANSYS模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性〔固有频率和振型〕，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷的重要参数，也可作为其他动力学分析的起点，是进行谱分析或模态叠加法普响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

土木结构分析专题陈晨20104336基于Ansys的钢桁架桥静力和模态分析陈晨20104336（西南交通大学力学与工程学院结构2010-01班，四川成都）摘要：本文应用Ansys软件，采用有限元分析技术及其优化技术，分别采用GUI方式和命令流方式，对给定的一架钢桁架简支梁桥进行了静力学分析和模态分析，对强度、内力分布及前六届振型状况进行了查看。

关键词：力学；土木工程；桥梁工程；结构分析1设计概况图1钢桁架桥简图已知下承式简支钢桁架桥桥长72米，每个节段12米，桥宽10米，高16米。

设桥面板为0.3米厚的混凝土板。

桁架杆件规格有三种，见下表：表1钢桁架桥杆件规格杆件截面号形状规格端斜杆1工字形400×400×16×16上下弦2工字形400×400×12×12横向连接梁2工字形400×400×12×12其他腹杆3工字形400×300×12×12所用材料属性如下表：表2材料属性参数钢材混凝土弹性模量EX 2.1×1011 3.5×1010泊松比PRXY0.30.1667密度DENS785025002建立有限元模型2.1定义单元类型和选项Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，弹出“Element Types”选择“Structural Beam—3D elastic4”，单击“Ok”，定义“BEAM4”单元，如图6-17。

继续单击“Add”按钮，选择“Structural Shell—Elastic4node63”，定义“SHELL63”单元。

得到如图6-18所示的结果。

最后单击“Close”，关闭单元类型对话框。

图2单元类型对话框2.2定义梁单元截面Main Menu>Preprocessor>Sections Beam>Common Sections，弹出“Beam Tool”工具条，如图6-19填写。

平面桁架系统静力分析已知：桁架结构如图，节点D作用载荷F，a=30cm，b=50cm，各杆横截面均为正方形，横截面积A=1cm2，材料为45#钢，外载荷F=2000N。

要求：给出有限元软件分析的主要步骤、参数设置，加载前后变形图，轴力及轴向应力图；并利用材料力学知识求出解析解，与有限元结果对比。

图一：桁架结构1、先在workbench中进行建模.2、在concept中点击line from sketches，选择画好的草图，generate生成，然后生成截面形状，在concept（cross section中）选为矩形rectangular，details view中设置截面尺寸，生成截面，如下图。

3、点击结构树中line body， details view中设置cross section为画好的rect2，点击generate生成line body，如下图。

4、添加材料参数，在engineering data中添加新材料，45号钢密度为7890 kg/m3，杨氏模量为209GPa，泊松比比为0.269。

更新model并打开，点击结构树中的line body，在details view中的assignment中添加45号钢。

5、网格划分，点击mesh，修改网格尺寸，此处设置为5mm生成后如下图。

6、施加约束和载荷，在static structural中insert下添加fixed support和fixed rotation，在最上部的节点处施加载荷，如下图。

7、添加分析项，在solution中insert下加入轴力，变形，和轴向应力图（beam tool中），然后进行solution，如下图。

图1-1 加载前后变形图图1-2 轴力图图1-3 轴向应力图由材料力学分析知：最大轴向力为884.56N，最小轴向力为650.41N，最大位移为0.02106mm,最大轴应力8.8MPa,最小轴应力6.5MPa。

(1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)1) 进入ANSYS菜单路径“程序>ANSYS >ANSYS10.0”2) 设置工作文件名菜单路径“file > Change Jobname”，弹出“Change Jobname”对话框，输入“CYKLink”，单击【OK】确定并关闭对话框。

(2) 设置计算类型菜单路径“ANSYS Main Menu: Preferences…”，在弹出的对话框中选择“Structural”，单击【OK】确定并关闭对话框。

(3) 选择单元类型菜单路径“ANSYS Main Menu: Preprocessor >Element Type>Add/Edit/Delete…”，在弹出“Library of Element Types”对话框中按照如图1所示参数选择，单击【OK】确定并关闭对话框。

图1 “Library of Element Types”对话框(4) 定义实常数菜单路径“ANSYS Main Menu: Preprocessor >Real Constants…>Add/Edit/Delete ”，在弹出的对话框中单击“Add > OK”，弹出如图2所示“Real Constant …”对话框，参数设置“AREA 0.000416”，单击【OK】确定并关闭对话框。

图2 “Real Constant …”对话框(5) 定义材料参数菜单路径“ANSYS Main Menu: Preprocessor > Material Props > Material Models”，在弹出的菜单中打开“Structural > Linear > Elastic > Isotropic”，弹出如图3所示“Linear Isotropic Material…”对话框，并设置如下参数。

图3 “Linear Isotropic Material…”对话框图4 “Beam Tool”对话框(6) 定义梁的截面菜单路径“ANSYS Main Menu: Preprocessor > Sections > Beam > Common Sections”，弹出如图4所示“Beam Tool”对话框，并按照图4设置，单击【OK】确定关闭对话框。

第1章 静力分析1.1 力的概念力在我们的生产和生活中随处可见，例如物体的重力、摩擦力、水的压力等，人们对力的认识从感性认识到理性认识形成力的抽象概念。

力是物体间的机械作用，这种作用可以使物体的机械运动状态或者使物体的形状和大小发生改变。

从力的定义中可以看出力是在物体间相互作用中产生的，这种作用至少是两个物体，如果没有了这种作用，力也就不存在，所以力具有物质性。

物体间相互作用的形式很多，大体分两类，一类是直接接触，例如物体间的拉力和压力；另一类是“场”的作用，例如地球引力场中重力，太阳引力场中万有引力等。

同时力有两种效应：一是力的运动效应，即力使物体的机械运动状态变化，例如静止在地面物体当用力推它时，便开始运动；二是力的变形效应，即力使物体大小和形状发生变化，例如钢筋受到横向力过大时将产生弯曲，粉笔受力过大时将变碎等。

描述力对物体的作用效应由力的三要素来决定，即力的大小、力的方向和力的作用点。

力的大小表示物体间机械作用的强弱程度，采用国际单位制，力的单位是牛顿（N ）（简称牛）或者千牛顿（kN ）（简称千牛），1kN =103N 。

力的方向是表示物体间的机械作用具有方向性，它包括方位和指向。

力的作用点表示物体间机械作用的位置。

一般说来，力的作用位置不是一个几何点而是有一定大小的一个范围，例如重力是分布在物体的整个体积上的，称体积分布力，水对池壁的压力是分布在池壁表面上的，称面分布力，同理若分布在一条直线上的力，称线分布力，当力的作用范围很小时，可以将它抽象为一个点，此点便是力的作用点，此力称为集中力。

由力的三要素知，力是矢量，记作F ，本教材中的黑体均表示矢量，可以用一有向线段表示，如图1-1所示，有向线段AB 的大小表示力的大小；有向线段AB 的指向表示力的方向；有向线段的起点或终点表示力的作用点。

1.2 静力学基本原理所谓静力学基本原理是指人们在生产和生活实践中长期积累和总结出来并通过实践反复验证的具有一般规律的定理和定律。

作业一 平面桁架ansys 分析用ansys 分析图1。

设250.1,100.2cm A MPa E =⨯=。

图11 设置计算类型Preferences →select Structural →OK2 选择单元类型Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →Link 3D finit stn 180 →OK 3 定义实常数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants… →Add… →select Type 1→OK →input AREA:1 →OK →Close (the Real Constants Window)4 定义材料属性ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.0e5, PRXY:0.3 →Material →Exit5 生成几何模型生成关键点，如图2.图 2ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →1(3,0),2(0,0),3(0,30) →OK生成桁架ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Lines →Straight Line →依次连接点2→1→3→1→OK如图3.图36 网格划分，如图4.ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →Pick All :OK→input NDIV: 1 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: lines →Mesh→Pick All (in Picking Menu) →Close( the Mesh Tool window)图 47 模型施加约束与载荷，如图5.分别给1,3两个关键点施加约束ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Keypoints →拾取2→Apply →select Lab2:ALL DOF→Apply→拾取3→OK→select Lab2:UX→OK 给1关键点施加y方向载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →拾取特征点2→OK →Lab: FY, Value: -10→OK图 58 分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK9 结果显示，如图6.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, Y-Component of displacement, Deformed shape with undeformed model →OK图6。

桁架ansys课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。

知识目标要求学生掌握桁架的基本概念、设计和分析方法；技能目标要求学生能够运用ANSYS软件进行桁架的建模、分析和优化；情感态度价值观目标要求学生培养创新意识、团队合作能力和工程责任感。

通过本课程的学习，学生将能够理解桁架的结构特点和设计原则，掌握ANSYS 软件的基本操作和应用技巧，培养解决实际工程问题的能力。

同时，学生将能够培养团队合作意识，提高创新思维和工程责任感，为未来的工程师职业生涯打下坚实基础。

二、教学内容教学内容将根据课程目标进行选择和，确保内容的科学性和系统性。

教学大纲将明确教学内容的安排和进度，指出教材的章节和列举内容。

第1周：桁架的基本概念和设计原理•介绍桁架的结构特点和应用领域•讲解桁架的设计原则和方法第2周：ANSYS软件的基本操作和应用•介绍ANSYS软件的功能和界面•讲解ANSYS软件的基本操作和应用技巧第3周：桁架建模与分析•讲解桁架建模的方法和步骤•分析桁架的受力情况和应力分布第4周：桁架优化设计•介绍桁架优化设计的方法和步骤•运用ANSYS软件进行桁架优化设计第5周：案例分析和实践操作•分析实际工程中的桁架案例•进行实践操作，解决实际工程问题三、教学方法教学方法将多样化，以激发学生的学习兴趣和主动性。

将采用讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等多种教学方法。

讲授法将用于讲解桁架的基本概念、设计原理和ANSYS软件的操作方法。

讨论法将用于引导学生进行思考和交流，培养团队合作能力和创新思维。

案例分析法将用于分析实际工程中的桁架案例，培养学生解决实际问题的能力。

实验法将用于进行实践操作，提高学生的操作技能和应用能力。

四、教学资源教学资源将包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。

教材将提供理论知识的学习支持，参考书将提供更多的案例和实践经验，多媒体资料将提供图像、动画和视频等丰富的学习资源，实验设备将用于实践操作和验证。

机电工程学院有限元法课程设计学号：专业：学生姓名：任课教师：2016年5月桁架有限元分析本问题研究针对机器人腿部机体的受力变形研究。

在机器人的所有结构中，该结构受力较复杂，强度要求较高，需要对其进行受力分析并进行结构优化。

一、研究对象由等直杆构成的平面桁架如图1所示，等直杆的截面积为30cm2，弹性模量为E=2.1e5 Mpa，泊松比为μ=0.3，密度为7800kg/m3，所受的集中力载荷为2.0N。

分析该桁架的强度是否符合要求，给出约束节点的支反力、杆件受力以及受力节点的位移。

载荷：1.0e8 N图1 超静定桁架二、分析过程1.打开软件，更改文件名称和存储位置：File>Change Jobname and Change Directory 。

图2 更改文件名图3 更改存储位置2.选取有限元单元：Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add > Link > 3D finit stn180 > OK > Close。

图4 选取有限元单元3.定义截面积：Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete > Add > 输入截面面积“0.03”> Ok > Close。

图5定义截面积4.输入材料弹性参数：Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > Linear >Elastic > Isotripic > 输入弹性模量> 输入泊松比＞Ok > 关闭窗口> SA VE_DB 保存数据。

图6 输入材料弹性参数5.建立节点，坐标分别为(0,1) (1,0) (1,1) (2,1) ：Preprocessor >Modeling>Create>Nodes>On working Plane>选取点。

平面桁架的静力分析摘要：近些年来，ANSYS工程软件在工程领域内运用的很多，在分析线性有限元模型上比其他软件更具有优势。

而在ANSYS软件中最经常使用的是线性静力分析，尽管很多的材料不一样，但结果确大体一致。

本文主若是要对平面桁架进行静力分析。

关键字：线性；桁架；有限元；结构The plane truss static analysisAbstract：ANSYS engineering software engineering field use in recent years, a lot, in the analysis of linear finite element model on more than any other software advantages. The most commonly used in ANSYS linear static analysis, although a lot of the material is not the same, but the result was consistent. This article is mainly for static analysis of plane truss.Key words：Linear; truss; finite element; structure1.引言结构分析的四个大体步骤是：创建几何模型、生成有限元模型、加载与求解、结果评判与分析。

具体步骤与结构分析类型有关，而且有些步骤能够省略或彼此之间交叉，如简单结构的几何模型创建进程可省略而直接创建有限元模型，加载可在处置层也能够在求阶级等，需要依照具体情形以便利原那么而定。

2要紧步骤结构线性静力分析步骤为：创建几何模型（1）清楚当前数据库。

回到开始层：FINISH命令。

清楚数据库的操作步骤要在开始层。

清楚数据库：/CLEAR命令。

（2）工作文件名与主题目工作文件名：/FILNAME命令。

基于ANSYS的桁架桥简单的力学分析姓名戴航学号20120680203专业工程力学班级2班二〇一五年六月一、桁架桥的工程背景及用途桁架桥简介：桁架桥是桥梁的一种形式，一般多见于铁路和高速公路，指的是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。

桁架桥为空腹结构，因而对双层桥面有很好的适应性。

桁架是由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，节约材料，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。

本文通过分析在卡车过桥时，对桁架桥进行ansys静力分析和模态分析，给出危险截面，从而为优化设计提供理论依据。

桁架桥实物如下：桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)：二、研究对象简介在本文的分析中，分析模型为：桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表3-6。

桥长L=32m,桥高H=5.5m。

桥身由8段桁架组成，每段长4m。

该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1 ，P2和P3 ，其中P1= P3=5000 N, P2=10000N。

材料性能为：弹性模量E=2.10e10Pa，泊松比为0.3，密度7800kg/m3。

表3-6 桥梁结构中各种构件的几何性能参数三、单元类型：共选用三种单元：1、顶梁及侧梁（beam1），定义1号是实常数用于beam1，截面参数见上表；2、桥身弦梁（beam2），定义2号实常数用于beam2，截面数据见上表；3、底梁（beam3）,定义3号实常数用于beam3，截面数据见上表。

四、主要建模过程1、定义单元类型2、定义实常数以确定梁单元的截面参数,，定义材料参数3、构造桁架桥模型生成桥体几何模型：ANSYS Main Menu：Preprocessor → Modeling → Create → Keypoints → In Active CS → NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0 → Apply→同样输入其余15个特征点坐标（最左端为起始点，坐标分别为 (4,0), (8,0), (12,0), (16,0), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4,5.5), (8,5.5), (12,5.5), (16.5.5), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5)）→ Lines → Lines → Straight Line →依次分别连接特征点→ OK网格划分：ANSYS Main Menu: Preprocessor → Meshing → Mesh Attributes → Picked Lines →选择桥顶梁及侧梁→OK → select REAL: 1, TYPE: 1 → Apply →选择桥体弦杆→OK → select REAL: 2, TYPE: 1 → Apply →选择桥底梁→ OK → select REAL: 3, TYPE:1 → OK → ANSYS Main Menu：Preprocessor → Meshing → MeshTool →位于Size Controls下的Lines：Set → Element Size on Picked → Pick all →Apply → NDIV：1 → OK → Mesh → Lines → Pick all → OK (划分网格)3、给模型加约束和施加载荷4、计算分析，显示结果五、工况分析：1、加载工况施加载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment → On Keypoints →选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20）→OK → select Lab: FY，Value: -5000 → Apply →选取底梁上卡车中部关键点（X 坐标为16）→ OK → select Lab: FY，Value: -10000 → OK→ ANSYS Utility Menu：→ Select → Everything图形显示结构Y方向的位移(a)桥梁中部最大挠度值为0.003 374m等效应力云图(b)桥梁中部轴力最大值为25 380N2、自重工况。