实例3 平面框架结构的有限元分析

【ANSYS 算例】3.3.7(3) 三梁平面框架结构的有限元分析针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。

结构中各个截面的参数都为：113.010Pa E =⨯，746.510m I -=⨯，426.810m A -=⨯，相应的有限元分析模型见图3-20。

在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。

图3-19 框架结构受一均布力作用（a ） 节点位移及单元编号 （b ） 等效在节点上的外力图3-20 单元划分、节点位移及节点上的外载解答 对该问题进行有限元分析的过程如下。

1．基于图形界面的交互式操作(step by step)(1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序 →ANSYS → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname (设置工作文件名): beam3→Run → OK(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK(3) 选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →beam ：2D elastic 3 →OK (返回到Element Types 窗口) →Close(4) 定义材料参数ANSYS Main Menu:Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic→Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) →OK →鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1 Beam3→OK→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close(6) 生成几何模型生成节点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→In Active CS→Node number 1 →X:0,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 2 →X:1.44,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 3 →X:0,Y:0,Z:0→Apply→Node number 4 →X:1.44,Y:0,Z:0→OK生成单元ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Element →Auto Numbered →Thru Nodes →选择节点1，2(生成单元1)→apply →选择节点1，3(生成单元2)→apply →选择节点2，4(生成单元3)→OK(7)模型施加约束和外载左边加X方向的受力ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes →选择节点1→apply →Direction of force: FX →V ALUE：3000 →OK→上方施加Y方向的均布载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Beams →选取单元1(节点1和节点2之间)→apply →V ALI：4167→V ALJ：4167→OK左、右下角节点加约束ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Nodes →选取节点3和节点4 →Apply →Lab:ALL DOF →OK(8) 分析计算ANSYS Main Menu:Solution →Solve →Current LS →OK →Should the Solve Command be Executed? Y→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口(9) 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape … →Def + Undeformed →OK (返回到Plot Results)(10) 退出系统ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK(11) 计算结果的验证与MA TLAB支反力计算结果一致。

三梁平面框架结构的有限元分析一、问题说明如图1所示的框架结构，其顶端受均布载荷作用，用有限元方法分析该结构的位移。

结构中各个部分的参数为：弹性模量E=300GPa，截面惯性矩I=6.5×105mm4，横截面积A=680mm2。

相应的有限元分析模型见图2，利用梁板壳分析程序完成该模型的力学分析。

图1框架结构图2有限元分析模型二．Fortran程序的输入数据（1）Facile.11 4 3 6 0 12 42 1 11 1 11 3 51 2 2 3 3 40 0 0 0 1000 01000 1000 0 1000 0 0（2）Facile.2111 211 1111 0 0 0 1 03E5 1.6E5680 6.5E5 6.5E5 6.5E50 0（3）Facile.312 41 02 03 04 05 06 0 19 0 20 0 21 0 22 023 0 24 08 -1200 12 -200000 14 -1200 18 200000输出的数据文件为：Facile7和Facile8，其中各节点位移结果在文件Facile8中。

三．计算结果各节点的位移计算结果见表1。

四．Ansys分析结果Ansys计算结果如下图所示，图3为节点x方向的位移云图，图4为节点y 方向的位移云图，图5为节点转角云图。

图3 节点x方向的位移图4 节点y方向的位移图5 节点转角各节点的位移值见表2。

五．结果对比通过对比表1和表2中的数据可以发现，Fortran程序与Ansys分析的结果十分接近。

三梁平面框架结构的有限元分析针对如图1所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。

结构中各个截面的参数都为：E=3.0 10 Pa，I =6.5 10〃m，2A =6.8 10 m，生成相应的有限元分析模型。

在ANSY平台上，完成相应的力学分析。

416~N nt3000N② ③144mI ------------------------------------------------------------------------------------------ |图1框架结构受一均布力作用ANSYS军答：对该问题进行有限元分析的过程如下。

（1）进入ANSYS设定工作目录和工作文件）程序—An sys —ANSYS In teractive —Worki ng directory （设置工作目录）—Initial jobname（设置工作文件名）:beam3 —Run —OK（2）设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences , —Structural —OK（3）选择单元类型ANSYS Main Me nu: Preprocessor —Eleme nt Type —Add/Edit/Delete , —Add, —beam 2node188 —OK （返回到Element Types 窗口）—CloseCross-sectional area:6.8e-4 （梁的横截面积）—OK —Close八 Library of Element Types Library of Element TypesElement type referenc ■亡 number（4）定义材料参数ANSYS Mai n Me nu: Preprocessor — Material Props — Material Models —Structural — Lin ear — Elastic — Isotropic: EX:3e11 （ 弹性模量）—OKANSYS Main Menu: Preprocessor — Real Constants , — Add/Edit/Delete —Add — Type 1 Beam3 — OK — Real Constant Set No: 1 （ 第 1 号实常数）,Ry finite 戟『気2 node 1882 node 188Canttl—鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口。

有限元软件对工程实例动力分析的比较崔晶晶;李俊杰【摘要】This paper carries on analysis calculation of the conference center and the scientific research center in a research institute based on the structure analysis program SATWE, TAT and PMSAP, according to the code for seismic design of building. The results of static analysis and time-histories analysis showed that the values of various reactions under earthquake action can satisfy the structure security requirements. And analysis how the model simplification affect the results.%根据结构抗震规范,采用结构分析软件SATWE、TAT及PMSAP分别对某研究院科研中心及会议中心两部分结构进行了结构抗震的静力分析及线性动力时程分析,其结果表明地震作用下结构内力及位移等各项反应值均满足结构安全性能要求.并对计算结果进行对比分析,比较模型简化对计算结果的影响.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2012(034)010【总页数】3页(P27-29)【关键词】框剪结构;结构分析;时程分析【作者】崔晶晶;李俊杰【作者单位】大连理工大学建设工程学部,辽宁大连116023;大连理工大学建设工程学部,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TU312.1框架－剪力墙结构因良好的适用性和抗震性被大量运用于我国高层建筑中，按照《抗震设计规范》规定，目前主要有底部剪力法，振型叠加法和时程分析法三种进行结构的地震反应计算。

西安市新城区某公司科研办公楼结构设计有限元分析报告撰写人：王平班级：工程力学1203学号：*************: ***2016年6月15日目录1 工程概况 (2)2 分析依据 (3)3 荷载与计算工况 (4)3.1荷载简化及荷载组合 (4)3.2 边界条件 (4)3.3 工况 (5)4 有限元模型 (5)4。

1 基本假定 (5)4.2 力学模型 (6)4.3 主要物理参数取值 (6)4。

4单元选取 (7)4.5分网与有限元模型 (8)5 静力分析 (9)5.1模态结果 (9)5.2静力分析结果 (12)5。

3 强度校核 (15)6基于ANSYS、PKPM、手算的误差分析 (17)6。

1计算原理的不同 (17)6。

2 研究对象的复杂性 (18)1 工程概况工程名称：西安市新城区某公司科研办公楼；建筑所在地:西安市；建设规模：总建筑面积约4700m2，主体结构6层,无地下室。

结构总高度22。

5m，底层结构高度4。

5m，其余层结构高度为3。

6m，几何模型图如图1所示；抗震设防烈度：抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值0。

2g，第一组.场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。

周期折减系数为0.75.建筑设计使用年限：50年。

结构重要性等级：二级。

图1 框架几何模型图2 分析依据框架结构是由梁、板、柱以刚接相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁、板、柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖直荷载。

本设计报告采用ANSYS有限元软件分析。

根据框架结构体系特点,本结构分析主要依据以下国家规范：[1]国家标准：《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012)。

北京：中国建筑工业出版社.2012;[2］国家标准:《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010）.北京：中国建筑工业出版社。

2010；[3]国家标准：《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010)。

北京:中国建筑工业出版社。

2010；［4]建筑、勘察等技术文件。

03
结果优化
如果结果不满足设计要求，需要对有 限元模型进行优化设计，如改变梁的 截面尺寸、增加支撑等。
THANKS
谢谢您的观看
结构静力学的求解方法
解析法
解析法是通过数学方法求解结构在静载荷作用下的响应的求解方法。它通常 适用于具有简单几何形状和载荷条件的结构，如梁、板、壳等。
数值法
数值法是一种通过数值计算方法求解结构在静载荷作用下的响应的求解方法 。它通常适用于具有复杂几何形状和载荷条件的结构，如飞机、汽车等。
结构静力学的基本假设和简化
问题描述和基本方程
问题描述
弹性地基梁是支撑在弹性地基上的梁，受到垂直荷载的作用。该问题可描述为求 解地基反力和梁的挠度。
基本方程
该问题的基本方程包括梁的平衡方程、几何方程和物理方程。这些方程描述了梁 在受力后的变形和应力分布情况。
利用有限元法进行每个单元之间通过节点相连。每个节点具有三个自由度：沿 x、y、z方向的移动。
系统方程的建 立
将所有单元的平衡方程 和变形协调方程组合起 来，得到整个结构的系 统方程。
求解系统方程
利用数值方法（如高斯 消元法）求解系统方程 ，得到每个节点的位移 和应力。
结果分析和讨论
01
结果输出
输出每个节点的位移、应力、应变和 弯矩等结果。
02
结果评估
根据输出结果，对框架结构的强度、 刚度和稳定性进行评估，判断是否满 足设计要求。
连续性假设
结构静力学的基本假设是结构的材料是连续的， 即结构的内部没有空隙和缺陷。
各向同性假设
结构静力学的基本假设是结构的材料是各向同性 的，即结构的各个方向具有相同的材料性质。
均匀性假设
结构静力学的基本假设是结构的材料是均匀的， 即结构的各个部分具有相同的材料性质。

xxxx大学2016~2017学年第1学期土木建筑学院硕士研究生课程《工程数值计算》试卷专业建筑与土木工程学号255 姓名明文分数一、桁架结构的有限元分析（20分）图1所示为由9个杆件组成的桁架结构，两端分别在1、4点用铰链支承，3点受到一个方向向下的力F y，桁架的尺寸已在图中标出，单位：m。

已知参数：E=200GPa；μ=0.3；作用力F y=-1×(255×10) N；杆件的横截面积A=0.125m2。

采用ANSYS有限元软件计算各杆件的受力。

要求附模型网格划分图、杆件轴向应力图和整理后的完整计算命令流。

注：采用link1单元。

图1.1 桁架结构受力简图图1.2 模型网格划分图图1.3杆件轴向应力图整理后的完整计算命令流如下：/PREP7!*ET,1,LINK1!*R,1,0.125, ,!*!* MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2e11 MPDATA,PRXY,1,,0.3K,1,0,0,,K,2,1,0,,K,3,2,0,,K,4,3,0,,K,5,1,1,,K,6,2,1,,LSTR, 1, 2 LSTR, 2, 3 LSTR, 3, 4 LSTR, 4, 6 LSTR, 6, 5 LSTR, 5, 1 LSTR, 2, 5 LSTR, 5, 3 LSTR, 3, 6 FLST,5,6,4,ORDE,5FITEM,5,1FITEM,5,-3FITEM,5,5 FITEM,5,7FITEM,5,9CM,_Y,LINELSEL, , , ,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,,_Y!*LESIZE,_Y1, , ,10, , , , ,1!*FLST,5,3,4,ORDE,3FITEM,5,4FITEM,5,6FITEM,5,8CM,_Y,LINELSEL, , , ,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,,_Y!*LESIZE,_Y1, , ,15, , , , ,1 lesize!*FLST,2,9,4,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-9LMESH,P51XLPLOT! Start of report captures.~eui,'package require ansys'~eui,'ansys::report::setdirectory "1_report"' /REPLOT,RESIZE/PLOPTS,MINM,OFF/REPLOT,RESIZE~eui,'ansys::report::imagecapture {1 Image 1} '~eui,'ansys::report::finished'/REPLOT,RESIZE/REPLOT,RESIZEFLST,2,1,3,ORDE,1FITEM,2,1!*/GODK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , ,FLST,2,1,3,ORDE,1FITEM,2,4!*/GODK,P51X, , , ,0,UY, , , , , ,FLST,2,1,3,ORDE,1FITEM,2,3FLST,2,1,3,ORDE,1FITEM,2,3!*/GOFK,P51X,FY,-2550FINISH/SOL/STATUS,SOLU SOLVEFINISH/POST1PLDISP,1!*/EFACET,1PLNSOL, U,Y, 0,1.0A VPRIN,0, ,ETABLE, ,LS, 1!*PLLS,LS1,LS1,1,0! Start of report captures.~eui,'package require ansys'~eui,'ansys::report::setdirectory "1_report"' /REPLOT,RESIZE/PLOPTS,MINM,OFF/REPLOT,RESIZE~eui,'ansys::report::imagecapture {1 Image 2} '~eui,'ansys::report::finished'/REPLOT,RESIZE/REPLOT,RESIZEFINISH! /EXIT,ALL二、梁平面框架结构的有限元分析（20分）如图2所示的框架结构，结构中各个截面的参数都为：E =2.0×1011Pa，μ=0.3，I =6.5×10−7m4，A=6.8×10−4m2。

有限元分析基础教程前言有限元分析已经在教学、科研以及工程应用中成为重要而又普及的数值分析方法和工具；该基础教程力求提供具备现代特色的实用教程。

在教材的内容体系上综合考虑有限元方法的力学分析原理、建模技巧、应用领域、软件平台、实例分析这几个方面，按照教科书的方式深入浅出地叙述有限元方法，并体现出有限元原理“在使用中学习，在学习中使用”的交互式特点，在介绍每一种单元的同时，提供完整的典型推导实例、MATLAB实际编程以及ANSYS应用数值算例，并且给出的各种类型的算例都具有较好的前后对应性，使学员在学习分析原理的同时，也进行实际编程和有限元分析软件的操作，经历实例建模、求解、分析和结果评判的全过程，在实践的基础上深刻理解和掌握有限元分析方法。

一本基础教材应该在培养学员掌握坚实的基础理论、系统的专业知识方面发挥作用，因此，教材不但要提供系统的、具有一定深度的基础理论，还要介绍相关的应用领域，以给学员进一步学习提供扩展空间，本教程正是按照这一思路进行设计的；全书的内容包括两个部分，共分9章；第一部分为有限元分析基本原理，包括第1章至第5章，内容有：绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论；第二部分为有限元分析的典型应用领域，包括第6章至第9章，内容有：静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性材料的有限元分析。

在基本原理方面，以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建等一系列规范的方式进行介绍；在阐述有限元分析与应用方面，采用典型例题、MATLAB程序及算例、ANSYS算例的方式，以体现出分析建模的不同阶段和层次，引导学员领会有限元方法的实质，还提供有大量的练习题。

本教程的重点是强调有限元方法的实质理解和融会贯通，力求精而透，强调学员综合能力(掌握和应用有限元方法)的培养，为学员亲自参与建模、以及使用先进的有限元软件平台提供较好的素材；同时，给学员进一步学习提供新的空间。

“悬链线”，继续维持该梁一定的承载力。 2.4 加载点荷载-位移曲线
通过计算分析得到的结果，绘制加载点的荷载-位移曲线如下图所示：
荷载/KN
加载点力-位移曲线
120 100
80 60
40
20
0 0
100
200
300
400
500
600
位移/mm
图 2.13 加载点力-位移曲线 通过加载点力-位移曲线可以看到，当位移超过 80mm 后该结构的承载力有所下 降，但下降幅度不大，在 240mm 后荷载保持稳定，值里可以看到梁内塑性铰形成的 “悬链线”机制发挥出来抗倒塌的作用。但是之后还有些许上升，可能是因为计算模 型对于下降段的模拟不够准确所致。
D6
394
519
220
0.3
D10
419
617
219
0.3
D12
625
685
钢筋应力-应变曲线如下图所示：
171
0.3
stress
钢筋应力-应变关系曲线
700
600
500
400
Φ6 300
Φ10 200
Φ12
100
0
0
0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006
strain
σ = (1 − ������������)������������������
1 − ������������[1.2 − 0.2 ������5]
������������
=
{1
−
������������(������
������������ − 1)1.7
+

求解 域 。 （） ２ 分析 计算 。根 据工 程实 际情 况进 行静 力 、 动 力、 线性 或非 线性 等计 算 。 （） ３ 后处 理 。对计 算结 果进行分 析 、 理和归 纳 。 整 在 有 限元 分 析 中 ， 离散 化 结 构模 型 的建 立 是 经
时间、 而且工 作 量小 。 手 工计算结 果 （ 图３ ， 算结果１ 弯 矩最大值 见 ）手 ＂ ２ ・ 习
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第 ８卷
第 １ 期
重庆 科技 学 院学 报 （ 自然科 学 版 ）
２０ ０ ６年 ３月
某平面框架在水平荷载作用下的有限元分析
李 远 瑛
（ 应学 院 土木 工程 系， 梅 州 ５ ４ １ ） 嘉 １０ ５
摘 要： 利用 有 限元 分 析 软 件 Ａ Ｓ Ｓ对 某 平 面 框 架 进 行 水 平 荷 载— — 风 荷 载 、 震 荷 载作 用下 内 力 计 算 ， 同 手工 ＮＹ 地 并
层 高 ３６ｍ， 内外 高差 为 ０２ 基 础顶 面 至室 外 地 ． 室 ．ｍ， 面距 离 ０４ｍ， ． 采用 Ｃ ０混 凝 土 ， 震设 防为 ７度 近 ２ 抗
利 用 Ａ Ｓ Ｓ可 以 对结 构 在 各 种 外荷 载 条 件 下 ＮＹ
的受 力 、 变形 、 稳定 性 及 动力 特性 做 出全 面 分析 ， 从
位 于柱底 杆端 ，数值 为 ３ ．１ｋ ｍ，顶层 侧 位移 为 １ Ｎ・ １ ７８ ｍ 与有 限元计算 结果数值 十分 接近 。 ．３ ｍ， 同样 的方 法 可 以得 到 框架 结构 的剪 力 、轴力 图 ，如 图 ４ ５所 、 示 。其 中剪力 、 力均 是下 层数 值偏 大 ， 轴 力 图中 轴 且 中间 内柱轴 力较外 柱数值小 ， 与手算结 果也相 符 。 这

钢筋 等 效 为一 层 与 截 面 同宽 、 构 件 同 长的 薄 与 钢板。 框架结 构 与 地 面 的连接 为 固支 ， 构 件 之 间均 各 为刚 接 。 ２ ２模 型 一 ． 把粱 和柱 当成 理 想匀 质 弹 性 杆 ， 简 化 后的 新 对 旧结构建立弹性模型。 中， 其 荷载计算方法如下 ： 竖 向杆 自 ＝混凝 土 的 自重 ｘ柱 的截面 积 重 竖 向均 布荷 载 ＝ 楼面 荷载 设 计 值 ×纵 向楼 板 长 度 ， 中包括 横 向杆 的 自重 其 框架 的底 部 视 为 固支 ， 向每 根杆 划 分 成 ８个 横 单元 ， 向 每 根 杆 划 分 成 ６个单 元。 元类 型 均 为 竖 单 Ｂ Ａ ３材料常数为混凝 士弹性模量 ， ＥＭ ， 单位均采用 国 际单 位制 。
收 稿 日期 ：０ ２ ｌ ３ ２０ —０ 一２ 基 金项 ｝ ： ｌ科 委应用基础项 Ｈ资助 ， ｌ编号 ６ ３ 】乖 Ｈ 项 Ｉ ８９ 作 者简舟： 韩伟（９９ ， ． ［ 一）男 湖北黄 ＾ ７ 硕士生 ， 从事钢筋混凝土理论殷种经 网络 １ 有限元 的脚崩研究 。
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髑 －
囤 ５ 梁等 效配筋俪周
囤６
竹
柱等效 配筋葡周
２ ３模 型二 ． 取植 筋 处 的节 点建 立 平 面模 型 。 节点 的左右 梁 及 上下 柱均 取 到跨 中 ， 四边 各 取 一 半 的粱 长 和 一 即 半 柱 长 ， 筋采 用 等效 方法加 到 混凝 土 中 。 每一 排 钢 把 钢筋看 成 同高 度处 的一 层钢 板 ， 板 的宽 度 等 于 构 钢 件 截面 的宽 度 ， 长度 等于 构件 的 长度 ， 厚度按 照 钢筋 体 积等 效 的方法 汁算 得 到 。 沿 截 面宽 度 方 向 的一 设

框架结构设计计算书结论范文
框架结构设计计算书结论范文示例:
本计算书是基于XXX公司XXX项目的需求,对框架结构的设计和计算进行了分析。

经过计算和分析,我们得出以下结论:
1. 本框架结构采用了基于有限元分析的计算方法,通过合理的设计,保证了结构的安全和可靠性。

2. 本框架结构的承载能力达到了设计要求,并且通过了耐冲击性和疲劳寿命的测试,表现出了较好的性能。

3. 在使用本框架结构的过程中,严格按照设计要求进行施工和验收,确保了结构的安全和可靠性。

4. 通过本计算书的呈现,可以为其他的框架结构设计提供参考和借鉴,为建筑工程的发展做出贡献。

的结论是:本框架结构的设计计算符合规范要求,安全可靠,性能良好,可以为建筑工程的发展提供支持。

特此结论。

陈 乐 生
（ 福州大学机械工程及 自 动化学院） 刚架结构在 工程上很多见 ， 比如建 筑工程 中 的框架结构、 梁， 桥 机械行 业 中起 重设备 、 轴类零 中称之为刚架结构 ， 如果问题 可 以简化为平 面结 构， 就称之为平面刚架。图 ｌ 就是简单 的平面刚架 结构的 ３ 个例子 。
＼ ●●● ●●● ＿ 、、
＼ ●● ●●● ●＿、、
（． ） １３
１２ 整体坐标系的单元刚度矩 阵 ． 从上面的讨论可以看出 ， １３ 式相对于各个 （． ） 单元局部坐标系 ， 换句话说 ， 由于各个单元 的和方 向并不一致 ， 因此 ， 各个单元的节点力 和节点位移 方向的描述也不一致 ， 为了对节点力和节点位移
分量 ， 时 也 具 有 ３个 节 点 力 分 量 ， 见 图 ２， 同 参 因
这里 ， 是参 数 、 凡 字母 上 面带 “ ” 均 表示 相 一 者 对 自身坐标 系 ， 下文 亦如 此 ， 不再 重 复 。
此 ， （ ． ） 中， 在 １ １式 节点力与节 点位移 向量可 以分 别写作 ：
，，．．一 ．．．． ，．．． ．．．．． ． ． 一 一，．． ．．．．．＿ ，．．一 ．．．一 一／ ， ． ． ．
的具体表达式可以采用叠加原理得到 ：
ｏｌ 盟 — 裔 垦 ｏｌ — —
。 半 。 半
一 一 一 一 一 一
ｌ
图 ２ 典 型 半 面 刚 架 单 兀
设单元两个节点 的编码为 ｌ２ 这是该单元节 、， 点的局部码 。显然 ， 每个杆单 元只有两个节点 ， 因 此， 所有单元 的节 点局部码 均为 ｌ２ 、 。但是 ， 每个 节点还有其在整 个结构 中的编码 ， 我们称之为节

有限元分析过程范文1. 建立几何模型：首先需要根据实际结构的几何形状和尺寸，在计算机上进行建模。

常用的建模软件有AutoCAD、SolidWorks等。

在建模过程中，需要考虑结构的几何复杂性，将结构划分为多个小单元。

2.网格划分：建立几何模型后，需要将结构划分为有限个小单元，即进行网格划分。

常见的划分方法有三角形划分、四边形划分、四面体划分等。

划分的小单元越多，越能精确地反映结构的实际情况，但计算量也会增大。

3.建立有限元模型：在网格划分完成后，需要建立有限元模型。

有限元模型是通过数学方程来描述结构的行为，以便进行数值计算。

一般来说，有限元模型包括节点、单元和边界条件。

节点是划分后的小单元的连接点，单元是连接节点的小单元，边界条件是结构上固定或受力的位置。

4.建立位移和力的关系：在建立有限元模型后，需要建立位移和力之间的关系，即刚度矩阵。

刚度矩阵描述了结构在受力作用下的刚度特性。

刚度矩阵的建立需要根据结构的材料性质、几何形状和边界条件等参数来计算。

5.施加边界条件：在建立刚度矩阵后，需要施加边界条件。

边界条件是指结构上一些固定或受力的位置。

根据实际情况，可以将一些节点固定或施加外力。

6. 求解有限元方程：当建立模型、边界条件和刚度矩阵后，就可以通过求解有限元方程来得到结构的应力和位移等结果。

有限元方程是一个大型线性代数方程组，可以使用一些数值方法进行求解，如高斯消元法、Jacobi迭代法、Gauss-Seidel法等。

7.分析结果和后处理：求解有限元方程后，得到结构的应力、位移等结果。

需要对分析结果进行验证和后处理。

验证分析结果需要与实际情况进行对比，以确定分析结果的准确性。

后处理的目的是对分析结果进行分析和可视化，以便进一步了解结构的行为。

有限元分析可以应用于各种不同类型的结构，如建筑物、桥梁、飞机等。

通过有限元分析，可以更好地了解结构的性能和优化设计。

然而，有限元分析也有其局限性，如精确刻画结构的几何形状、边界条件和材料性质需要更高的精度和计算量，因此需要权衡模型的准确性和计算效率。

三梁平面框架结构的有限元分析针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。

结构中各个截面的参数都为：113.010Pa E =⨯，746.510m I -=⨯，426.810m A -=⨯，相应的有限元分析模型见图3-20。

在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。

图3-19 框架结构受一均布力作用（a ） 节点位移及单元编号 （b ） 等效在节点上的外力图3-20 单元划分、节点位移及节点上的外载解答 对该问题进行有限元分析的过程如下。

1．基于图形界面的交互式操作(step by step)(1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序 →ANSYS → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname (设置工作文件名): beam3→Run → OK(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK(3) 选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →beam ：2D elastic 3 →OK (返回到Element Types 窗口) →Close(4) 定义材料参数ANSYS Main Menu:Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic→Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) →OK →鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1 Beam3→OK→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close(6) 生成几何模型生成节点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→In Active CS→Node number 1 →X:0,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 2 →X:1.44,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 3 →X:0,Y:0,Z:0→Apply→Node number 4 →X:1.44,Y:0,Z:0→OK生成单元ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Element →Auto Numbered →Thru Nodes →选择节点1，2(生成单元1)→apply →选择节点1，3(生成单元2)→apply →选择节点2，4(生成单元3)→OK(7)模型施加约束和外载左边加X方向的受力ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes →选择节点1→apply →Direction of force: FX →V ALUE：3000 →OK→上方施加Y方向的均布载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Beams →选取单元1(节点1和节点2之间)→apply →V ALI：4167→V ALJ：4167→OK左、右下角节点加约束ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Nodes →选取节点3和节点4 →Apply →Lab:ALL DOF →OK(8) 分析计算ANSYS Main Menu:Solution →Solve →Current LS →OK →Should the Solve Command be Executed? Y→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口(9) 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape … →Def + Undeformed →OK (返回到Plot Results)(10) 退出系统ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK(11) 计算结果的验证与MA TLAB支反力计算结果一致。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!法对制动器的制动效能进行分析研究,不但可以节省大量的人力物力,而且可以根据制动器的不同类型随时调整仿真模型,具有方便快捷的特点。

同时,对汽车制动器的设计也具有一定的参考价值。

[参考文献][1]QC/T 479-1999,货车、客车制动器台架试验方法[S ].[2]赵希芳.ADAM S 中的柔性体分析研究[J ].电子机械工程,2006,22(3):62-64.[3]宁晓斌.基于虚拟样机技术的重型汽车制动器研究[D ].北京:北京科技大学,[4]李增刚.ADAMS 入门详解与实例[M ].北京:国防工业出版社,2006.[5]范成建,熊光明,周明飞.虚拟样机软件MSC.ADAM S 应用与提高[M ].北京:机械工业出版社,2006.[6]余志生.汽车理论[M ].北京:机械工业出版社,2006.(编辑立明)作者简介:冯刚(1982-),男,硕士研究生。

刘志峰(1963-),男,教授,博士生导师。

收稿日期33一种平面框架结构的优化设计方法曾永辉,曾智勇,汪京杭,刘君(北京特种机械研究所,北京100143)1引言在机械工程中,大型装置的安装底架一般均采用平面框架结构。

在装置起吊转移过程中,安装底架作为其主要的承力件,其结构以及吊点位置的合理设计对安全起吊作业有着至关重要的影响。

传统的设计方法一般多采用试凑法,需反复验算。

而应用CAE 软件ANSYS 可对基座底架的结构以及起吊点的位置进行综合优化布局,从而得出合理的结构方案。

2ANSYS 优化步骤优化设计通常包括以下几个步骤:(1)生成循环所用的分析文件。

ANSYS 程序运用分析文件构造循环文件,进行循环分析。

该文件必须包括整个分析的过程,在分析文件中,模型的建立以及状态变量与目标函数结果的提取必须是参数化的,因此在ANSYS 优化设计中只能使用数值参数。

外加载荷条件下框架结构的有限元分析
张贺;王建楹;尹恩华
【期刊名称】《机械工程与自动化》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】以某高铁接触网参数测量装备车体框架为分析对象,运用三维软件建立实体三维模型,并通过ANSYS对车体框架进行在外加载荷状态下的静力学分析,探究车体框架在外加载荷工况下的受力特性。

通过静力学分析,得知车体框架的选型满足强度和刚度设计要求。

最后根据结构的实际受载情况,对车体框架进行了预应力条件下的模态分析,通过对前6阶模态振型云图分析,得知了车体框架结构的低阶固有频率范围,为驱动电机的选型及对结构的进一步优化提供了参考。

【总页数】3页(P92-94)
【作者】张贺;王建楹;尹恩华
【作者单位】中船重工海为郑州高科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.7
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