文档介绍：第5例杆系结构的静力学分析实例—平面桁架
[本例提示] 介绍了利用ANSYS求解杆系结构的方法、步骤和过程。
概述
实际结构都是空间结构,所承受的载荷也是空间的。但是如果结构具有某种特殊形状,所承受的载荷具有特殊的性质,就可以将空间问题简化为杆系结构问题、平面问题等。这样处理后,计算工作量大大减少,而所得结果仍可满足精度要求。
图 5-1 平面桁架
所谓杆系结构指的是由长度远远大于其它方向尺寸(10:1)的构件组成的结构,如连续梁、桁架、刚架等。
当结构承受不随时间变化的载荷作用时,分析其位移、应变、应力和力,需要进行静力学分析。ANSYS静力学分析的步骤如下:
前处理
进行有限元模型的创建。
求解
静力学分析所施加的载荷类型有:外部施加的集中力和压力;稳态的惯性力(如重力和离心力);位移载荷;温度载荷。
后处理
静力学分析的结果包括结构的位移、应变、应力和反作用力等,一般是使用POST1(普通后处理器)来查看这些结果。
问题描述及解析解
图5-1所示为一平面桁架,长度L= m,各杆横截面面积均为A=1×10-4 m2,力P=2000 N,计算各杆的轴向力Fa、轴向应力σa。
根据静力平衡条件,很容易计算出各杆的轴向力Fa、轴向应力σa,如表5-1所示。
表5-1 各杆的轴向力和轴向应力
杆
轴向力Fa(N)
轴向应力σa(Mpa)
①
1000
100
②
1000
100
③
-
-
④
0
0
⑤
-
-
图 5-2 过滤界面对话框
分析步骤
过滤界面
图 5-3 单元类型对话框
拾取菜单Main Menu→Preferences。弹出的图5-2所示的对话框,选中“Structural”项,单击“Ok”按钮。
创建单元类型
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete。弹出的图5-3所示的对话框,单击“Add”按钮;弹出的图5-4所示的对话框,在左侧列表中选“Structural Beam”,在右侧列表中选“2D elastic 3”, 单击“Ok”按钮;返回到图5-3所示的对话框,单击图5-3所示的对话框的“Close”按钮。
定义实常数
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete。在弹出的“Real Constants”对话框中单击“Add”按钮,再单击随后弹出的对话框的“Ok”按钮,弹出图5-5所示的对话框,在“AREA”文本框中输入1E-4,单击“Ok”按钮。关闭“Real Constants”对话框。
图 5-4 单元类型库对话框
图 5-5 设置实常数对话框
图 5-6 材料模型对话框
定义材料特性
图 5-7 材料特性对话框
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models。弹出图5-6所示的对话框,在右侧列表中依次双击“Structural”、“Linear”、“Elastic