用ＡＮＳＹＳ实坝对文克勒地基梁、枨昀青限元分析 佛山市顺德区水利水电勘测设计院有限公司 尹华英 ［摘要］本文总结了建立在文克勒地基模型假定上的基础梁板的有限元分析方法，提出了在ＡＮＳＹＳ平台上的实现方法。给出了该方 法在基础工程中的应用实例，说明该方法是合理的。 ［关键词］基础梁板文克勒地基有限元法ＡＮＳＹＳ １．肓口言 用有限元法分析弹性地基上的基础梁（板）时，先将基础梁（板）离 散成若干单元，各单元只在节点上相互连接，以节点的变位为基本未知 数建立梁（板）的刚度矩阵。然后将地基与基础的接触面也离散成相应 的单元，建立地基刚度矩阵，再将基础梁（板）的刚度矩阵和地基刚度矩 阵集合成地基基础体系的刚度矩阵，根据变形协调条件和平衡条件求 解矩阵方程，得到节点位移。最后，节点位移求得基底反力和基础内 力。 文克勒地基模型是一种最简单的线弹性地基模型。它假定地基土 界面上任一点处的沉降与该点所承受压力的强度成正比，其特征是把 土体视为一系列侧面无摩擦的土柱和彼此独立的竖向弹簧。 ＡＮＳＹＳ是一种广泛性的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软 件，主要在于结构系统受到外力荷载所出现的反应，例如位移、应力等， 根据该反应可知道结构系统受到外力荷载后的状态，进而判别是否符 合设计要求。计算机辅助＿丁程分析是利用有限元法及数值分析法合 并，以完成分析工作。 本文尝试利用ＡＮＳＹＳ强大的前后处理功能，在ＡＮＳＹＳ平台上实现 对基础梁板在文克勒地基模型上的分析，用以指导工程实践。 ２．文克勒地基上梁的有限元分析及其在ＡＮＳＹＳ中的实现 首先以节点１，２，……，ｎ＋ｌ将梁分成ｎ个单元，梁与地基的接触面 也被分割成ｎ＋１个子域，其长度为各节点相邻单元长度之和的一半，即 其宽度为Ｂ ，假设地基反力在各子域上为均布，这样连续分布的 地基反力用阶梯形分布的反力代替。将子域ｉ上的反力记为Ｐ，，以合 力Ｒ 一Ｌ Ｂ Ｐ 的形式作用于节点ｉ。 对文克勒地基梁单元，其刚度矩阵假定为：在单元每一节点处，各 设置一弹性附加杆件，其刚度 Ｋ＝／ｇ３１ ｆ２１ 式中： ｋ——基床系数； Ｂ——梁计算宽度，常取１ｍ或一标准段； ｌ——单元长度。 在单元长度较小的情况下，采取这一假定其精度能满足要求。 在ＡＮＳＹＳ中，弹性地基梁单元的实现是：用在梁单元ＢＥＡＭ３节点 处设置弹簧单元ＣＯＭＢＩＮ１４，并约束ＣＯＭＢＩＮ１４水平方向的自由度。 梁单元ＢＥＡＭ３每个节点有三个自由度（ＵＸ，ｕＹ，ＲＯＴＺ）。ＣＯＮ— ＢＩＮＩ４单元应设置为只有ＵＸ，ｕＹ两个方向自由度。它唯一的几何参数 为刚度Ｋ，单元的长度可随意选取。 ３．文克勒地基上板的有限元分析及其在ＡＮＳＹＳ中的实现 对文克勒地基板单元，其刚度矩阵假定为：在单元每一节点处，各 设置一弹性附加杆件，其刚度为 Ｋ一 “ （３） 式中： ｋ——基床系数； 、６——板单元的长度、宽度； ——考虑刚度对面积的分布系数，对于角节点 ＝１／４，边节点 口＝１／２，内节点 ＝１。 在单元长度、宽度均较小的隋况下，采取这一假定其精度能满足要求。 板单元采用１２自由度矩形薄板弯曲单元：每个矩形板单元有四个 节点，每个节点有一个竖向位移ｕｚ和两个角位移ＲＯＴＸ和ＲＯＴＹ。 ＡＮＳＹＳ中没有直接的１２自由度矩形薄板弯曲单元，实现方法是： 把ＳＨＥＬＬ６３弹性壳单元内的自由度关掉，剩下ＵＺ，ＲＯＴＸ，ＲＯＴＹ三个自 由度。 在ＡＮＳＹＳ中，弹性地基板单元的实现是：用在上述１２自由度矩形 薄板弯曲单元的节点处设置弹簧单元ＣＯＭＢＩＮＩ４，并约束ＣＯＭＢＩＮ１４水 平方向的自由度。ｃ０ＮＢＩＮ１４单元应设置为只有ＵＸ，ｕＹ两个方向自由度。 ４．例题分析 有一平板式筏形基础，板厚４５０ｃｍ，混凝土强度等级为Ｃ２５（弹性模 量为：２．８５×１０ Ｍｍ。），承受柱荷载，荷载分布和平面尺寸如图１所 示。文克勒地基模型基床系数取ｋ＝３．０＆／ｃｍ。。（选自参考书目１第 １３４页） １２００ｋＮ ２４００ｋＮ ２４００ｋＮ ２４００ｋＮ ’２００ １８ＯＯｋＮ ３６００ｋＮ ３６００ｋＮ ５６００ｋＮ １８００ ｆＮ Ａ Ｂ Ｃ １２００ｋＮ ２４００ｋＮ ２４００ｋＮ ２４００ｋＮ １２００ Ｎ —— —— ｎ Ｆ Ｆ 图１ ４．１在ＡＮＳＹＳ中建立有限元模型 筏板结构采用１２自由度矩形薄板弯曲单元ＳＨＥＬＬ６３，矩形单元尺 寸为ｌｍ Ｘ １ｍ，把整个筏板划分成３６４个单元；每个单元节点处设弹簧 单元ＣＯＭＢＩＮ１４，Ｋ值按（３）式计算。 再按实际情况施加约束和分布力。ＡＮＳＹＳ有限元模型如罔２所 示。
ansys梁单元残余应力
在ANSYS中，可以使用梁单元（BEAM）来分析梁结构的应力情况，包括残余应力。梁单元是一种特殊类型的有限元单元，适用于分析细长结构，如梁、柱等。
要分析梁单元的残余应力，可以按照以下步骤进行操作：
1. 创建梁单元：在ANSYS中，可以使用梁单元命令或者通过界面选择梁单元类型来创建梁单元。例如，使用梁单元命令BEAM188可以创建混凝土梁单元。
2. 定义梁单元的几何和材料属性：在命令行或者界面中输入相关指令，定义梁单元的几何尺寸、材料属性、截面特性等。
3. 添加约束条件：根据实际情况，在梁单元的节点上添加适当的约束条件，如固定边界条件、荷载等。
4. 进行静态分析：在ANSYS中，选择适当的静态分析命令或者界面选项，进行梁单元的应力分析。
5. 查看结果：完成分析后，可以使用ANSYS的后处理工具查看梁单元的残余应力分布。可以选择显示应力云图、应力剖面图或者某个位置的残余应力数值等。
需要注意的是，在进行梁单元的应力分析时，应根据具体情况选择合适的材料力学模型和加载条件，并对边界约束条件进行正确设置，以获得准确的残余应力结果。
２１４ 理论研究苑 科２０１ １７西 １年第期
基于ＡＮＳＹＳ的铝合金箱型截面悬臂梁模态分析
苏蕴荃，韩光旭，董轩成
（西南交通大学力学与丁程学院，四川成都６１１７５６）
摘要通过ＡＮＳＹＳ对具有复杂约束条件的铝合金箱型截面悬臂梁进行了模态分析，并将结果与高精度的实验结果进行比较分析，验证了
所使用的模态分析方法的正确性及可行性，为解决相似问题提供了一种新方法和新思路。
关键词ＡＮＳＹＳ；模态分析；锅合金；悬臂梁；固有频率
中圈分类号ＴＵ３１ １．３ 文献标识码Ａ 文章编号１６７３—９６７１一（２０１ ｔ）ｏｇｔ一０２１４—０３
振动问题广泛存在于航空航天、机械动力、交通运输及军事国防＿Ｔ 业等国民经济的各个领域。模态分析是在振动测量中求解振动物体固有 频率的重要方法。通过模态分析，可以得到振动系统比较精确的固有频
率、模态振型和模态刚度，从而为进一步解决振动问题打下重要基础。 但是在解决某些复杂约束情况下的模态分析问题时，由于无法较好地模
拟真实的约束情况而使得求解结果误差很大，缺乏可倩度。本文通过使 用ＡＮＳＹＳ对一处于复杂约束情况下的实例进行数值模拟，得到了较精确 的结果，为解决相似问题提供了新的思路和方法。
１ ＡＮＳＹＳ必要数据准备
１．１试样类型及相关数据
试样是某种型号的铝合金箱型截面梁，试样一端打有两个孑Ｌ洞，通
过螺丝安装在试验台上，使其成为悬臂梁。试样的安装构造及横截面尺
寸如图ｌ所示。
由米尺测得试样的长度／－４４１．２ｍｍ，横截面上各尺寸及壁厚 由游标 卡尺测得。通过电子秤测得试样的质量ｍ＝７３．２９ｇ。
１．２数据处理
由试样长度和质量可求得试样的线密度，Ｅｐｐ＝ｍｌｌ＝Ｏ．１６６ｋｇｌｍ。 计算图１中所示试样横截面对 轴的惯性矩 的值。试样壁厚存在不
均匀性，为计算简便，设横截面上的坐标原点位于外矩形的形心，上下 左右四个小矩形的惯性矩分别为， 、 、， 由惯性矩计算公式及
ansys实验报告
ANSYS实验报告
一、引言
ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，它能够模拟和分析各种结构和物理现象。本实验旨在通过使用ANSYS软件，对一个具体的工程问题进行模拟和分析，以探究其性能和行为。
二、实验目的
本次实验的主要目的是通过ANSYS软件对一个简单的悬臂梁进行分析，研究其在不同加载条件下的应力和变形情况，并进一步了解悬臂梁的力学行为。
三、实验步骤
1. 准备工作：安装并启动ANSYS软件，并导入悬臂梁的几何模型。
2. 材料定义：选择适当的材料，并设置其力学性质，如弹性模量和泊松比。
3. 约束条件：定义悬臂梁的边界条件，包括支撑点和加载点。
4. 加载条件：施加适当的力或压力到加载点，模拟实际工程中的加载情况。
5. 分析模型：选择适当的分析方法，如静力学分析或模态分析，对悬臂梁进行计算。
6. 结果分析：根据计算结果，分析悬臂梁在不同加载条件下的应力和变形情况，并进行比较和讨论。
四、实验结果
经过计算和分析，我们得到了悬臂梁在不同加载条件下的应力和变形情况。在静力学分析中，我们观察到加载点附近的应力集中现象，并且应力随着加载的增加而增大。在模态分析中，我们研究了悬臂梁的固有频率和振型，并发现了一些共振现象。
五、讨论与分析
根据实验结果，我们可以得出一些结论和讨论。首先，悬臂梁在加载点附近容易发生应力集中，这可能导致结构的破坏和失效。因此，在实际工程中，我们需要采取适当的措施来减轻应力集中的影响，如增加结构的刚度或改变加载方式。其次，悬臂梁的固有频率和振型对结构的稳定性和动态响应有重要影响。通过模态分析，我们可以确定悬臂梁的主要振动模态，并根据需要进行结构优化。
六、结论
通过本次实验，我们成功地使用ANSYS软件对一个悬臂梁进行了模拟和分析。通过对悬臂梁的应力和变形情况的研究，我们深入了解了悬臂梁的力学行为，并得出了一些有价值的结论和讨论。在实际工程中，这些研究结果可以为设计和优化结构提供参考和指导。
