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1、第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构,本章简要介绍大型通用有限元仿真分析软件ANSYS的功能、界面、和分析问题的基本步骤，并利用ANSYS软件计算平面杆件结构。,17.1 ANSYS软件简介,17.2 用ANSYS软件计算举例,返回,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构,返回,【学习要求】1.了解ANSYS软件的主要功能。2.掌握用ANSYS软件计算梁、刚架、桁架等平面杆件结构。,17.1 ANSYS软件简介,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件简介,ANSYS软件是由总部设在美国宾夕法尼
2、亚州匹兹堡的世界CAE行业最著名的ANSYS公司开发研究的大型CAE仿真分析软件，是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水力、日用家电等一般工业及科学研究，是一个功能强大灵活的设计分析及优化软件包，可浮动运行于从PC机、NT工作站、UNIX工作站直至巨型机的各类计算机及操作系统中。,ANSYS具有丰富的单元库，提供了对各种物理场量的分析功能。ANSYS的主要分析功能有：结构分析、热分析、高度非线性瞬态动力分析、流体动力学分析、电磁场分析、声学分析
3、、压电分析、多场耦合分析等。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件简介,在结构分析中，ANSYS可以进行线性及非线性结构静力分析、线性及非线性结构动力分析、线性及非线性屈曲分析、断裂力学分析、复合材料分析、疲劳分析及寿命估算、超弹性材料分析等，其中非线性包括几何非线性、材料非线性、接触非线性及单元非线性。,ANSYS软件具有强大的帮助功能，帮助系统包括所有的ANSYS命令解释、所有的图形用户界面（GUI）解释和ANSYS系统分析指南，还包括为多个分析领域提供完整的循序渐进的ANSYS分析步骤的ANSYS在线教学系统。用户可以通过在应用菜单中选取Help、在ANSYS程序组
4、中选取Help System和在任何对话框中选取Help三种方式进入ANSYS帮助系统。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件简介,ANSYS分析包括三个阶段：前处理、求解和后处理。前处理：前处理用于定义求解所需的数据。在前处理阶段用户可选择坐标系统和单元类型、定义实常数和材料类型、建立实体模型并对其进行网格剖分、控制结点和单元、以及定义耦合和约束方程。求解：前处理阶段完成后，就可以进入求解阶段获得分析结果了，在求解阶段中用户可以定义分析类型、分析选项、荷载数据和荷载步选项，然后开始有限元求解。后处理：完成前处理和求解过程之后，在后处理阶段通过友好的用户界面可以很容易地获
5、得求解过程的计算结果并对其进行运算。由于后处理阶段同前处理和求解阶段集成在一起，故求解结果已存于数据库且能立即查看。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,17.2 ANSYS软件计算举例,17.2.1 ANSYS的用户界面,ANSYS安装完成后，会生成一个程序组，其中包含多个启动项，用户可用鼠标单击ANSYS程序组中的ANSYS Interactive 来运行ANSYS程序。在运行ANSYS程序之后，首先进入的是ANSYS设定窗口（如图），在该窗口中有以下几个选项需要设定：,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,Product se
6、lection：选择ANSYS产品（ED版中此项不可选）。Working directory:选择ANSYS工作目录，ANSYS生成的所有文件都保存在此目录下。Graphics device name：如果配置了3D显示卡则选3D。Intel jobname：设定初始工作文件名。for TotalWorkspace：设定工作空间大小。for Datebase:设定数据库大小。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,然后单击RUN按钮运行ANSYS，进入ANSYS图形用户界面（如图）。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,如果在开始菜
7、单中选择的是ANSYS，将采用上一次的设置，跳过此窗口，直接运行ANSYS。ANSYS程序功能虽然强大，但它友好的图形用户界面及优秀的程序结构使其方便使用，图形用户界面（GUI）由应用菜单、输入、工具条、主菜单、图形、输出六部分组成。应用菜单（Utility Menu）：为下拉式结构，包含文件管理（File）、选择（Select）、显示（List）、绘图（Plot）、绘图控制（PlotCtrls）、工作平面设定（WorkPlane）、参数设置（Parameters）、宏管理（Macro）、菜单控制（MenuCtrls）、帮助（Help）菜单。输入窗口：显示提示信息，输入ANSYS命令，还可从L
8、og文件、已输入过的命令和输出文件中剪切和粘贴命令。工具条：为了方便使用将常用命令制成的工具条。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,主菜单：包含ANSYS主要功能，弹出式边菜单结构，分为前处理、求解、后处理等。图形窗口：用来显示由ANSYS创建或传递到ANSYS的模型、分析结果等图形。输出窗口（如图）：显示程序的文本输出。通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。,【例 17.1】试用ANSYS软件计算图示悬臂梁，已知悬臂梁长l 2000 mm，横截面为边长a 60 mm的正方形，荷载F 400 N，材料的弹性模量E 2105 MPa。,目录,第十七章 用AN
9、SYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,17.2.2 计算举例,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,【解】1.启动ANSYS，设定初始工作名为beam,2.前处理(1)设定分析模块 Main Menu：Preferences。选择Structural。单击OK按钮。(2)创建基本模型：使用有两个关键点的直线模拟悬臂梁 Main Menu:PreprocessorModelineCreateKeypointsin Active CS。输入关键点编号1，x、y、z坐标0，0，0。单击Apply，输入关键点编号2，x、y、z坐标2000，0，0。单击OK。,目录
10、,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,Main Menu:PreprocessorModelineCreateLinesLinesStraight Line 选取两个关键点，在两个关键点之间划出一条直线。在拾取对话框中单击OK按钮。在工具条上单击 SAVE_DB，存储ANSYS数据库。（3）设定单元类型及相应选项 Main Menu:PreprocessorElement TypeAdd/Edit/delete。单击Add按钮。在左边单元库列表中选择Beam，在右边单元列表中选择2D elastic（BEAM2D）。单击OK按钮，接收单元类型并关闭该对话框。单击Clo
11、se按钮，关闭单元类型对话框。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(4)定义单元常数 Main Menu:PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/delete。单击Add 按钮。单击OK按钮，打开BEAM3的实常数对话框。在AREA框中输入3600、IZZ框中输入1080000、HEIGHT框中输入60。单击OK按钮，关闭对话框。单击Close按钮，关闭实常数对话框。(5)定义材料属性 Main Menu:PreprocessorMaterial Props-Constant-Isotropic。单击OK按钮，定义材料1，打开材料
12、属性对话框。在EX框中输入2e5（弹性模量）。单击OK按钮，关闭对话框。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(6)保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beamgeom.db保存文件。(7)对模型划分网格 Main Menu:PreprocessorMeshTool 打开MeshTool对话框。单击Mesh按钮，拾取图形窗口中的直线。单击拾取对话框中OK按钮。单击MeshTool对话框中Close按钮。(8)保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beammesh.d
13、b保存文件。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,3求解(1)施加荷载及约束 Main Menu:Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOn Node 拾取最左边结点，单击拾取对话框中OK按钮。选择All DOF，单击对话框中OK按钮。Main Menu:Solution-Loads-Apply-Structural-Force/MomentON Nodes 拾取最右边结点，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。在施加结点荷载对话框中，选择FY，在VALUE框中输入400。单击对话框中OK按钮。,目录
14、,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(2)保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beamload.db保存文件。(3)进行求解 Main Menu:Solution-Solv-Current LS。查看窗口中的信息，然后选择FileClose。单击OK按钮，开始计算，当出现“Solution is done！”提示后，单击OK按钮关闭窗口。4后处理(1)图形显示变形 Main Menu:General Postproc-Read Results-First Se t。Main Menu:General Postproc
15、Plot ResultsDeformed Shape 打开对话框，在此对话框中选择Def+undeformed，单击OK按钮。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,在图形窗口中可以看到悬臂梁变形后的图形（如图），在图形窗口右边可以看到标记为“DMX”的悬臂梁B点的挠度为yB 4.938（单位为：mm）。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(2)列出反作用力 Main Menu:General PostprocList ResultsReaction Solu 打开对话框，在此对话框中选择All item，单击OK按钮，则出现一窗
16、口显示约束反力（如图）。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(3)列出各结点位移 Main Menu:General PostprocList ResultsNodal Solution 打开对话框，在此对话框中选择All DOFS，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClose，关闭窗口。,5退出ANSYS 单击工具条Quit按钮，选择QuitNo Save！单击OK按钮。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,【例 17.2】试用ANSYS软件计算图示平面桁架，已知荷载
17、F 50 kN，杆件的横截面面积A 0.2 m2，材料的弹性模量E 2.0105 MPa。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,【解】1.启动ANSYS，设定初始工作名为link1 2.前处理（1）设定分析模块 Main Menu：Preferences。选择Structural。单击OK按钮。（2）创建基本模型 Main Menu:PreprocessorModelineCreateKeypointsin Active CS。输入关键点编号及其x、y、z坐标（按mm输入）。单击Apply 输入下一个关键点编号及其x、y、z坐标。12个关键点全部输入完毕后，单击
18、OK。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,Main Menu:PreprocessorModelineCreateLinesLinesStraight Line 按图示桁架，选取不同的关键点，在关键点之间划出条直线。在拾取对话框中单击OK按钮。在工具条上单击 SAVE_DB，存储ANSYS数据库。（3）设定单元类型及相应选项 Main Menu:PreprocessorElement TypeAdd/Edit/delete。单击Add按钮。在左边单元库列表中选择link，在右边单元列表中选择2D Spar。单击OK按钮，接收单元类型并关闭该对话框。单击Clos
19、e按钮，关闭单元类型对话框。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(4)定义单元常数 Main Menu:PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/delete。单击Add 按钮。单击OK按钮，打开link1的实常数对话框。在AREA框中输入200000。单击OK按钮，关闭对话框。单击Close按钮，关闭实常数对话框。(5)定义材料属性 Main Menu:PreprocessorMaterial Props Material Models。在对话框右侧窗口中选择StructuralLinearElasticIsotropic，定义材
20、料1，打开材料属性对话框。在EX框中输入2e5（弹性模量）。单击OK按钮，关闭对话框。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(6)保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名linkgeom.db保存文件。(7)对模型划分网格 Main Menu:PreprocessorModelineCreateNodesOn Kpoint 打开Create Node on KP对话框，单击Pick All按钮。Main Menu:PreprocessorModelineCreateElementsAuto NumberedThru
21、Nodes 打开Elements from Nodes对话框，依次选择单元的两个结点，并单击Apply按钮，最后单击OK按钮。(8)保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名linkelement.db保存文件。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,3求解(1)施加荷载及约束 Main Menu:Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOn Node 拾取最左边结点，单击拾取对话框中OK按钮。选择All DOF，单击对话框中APPLY按钮。Main Menu:Soluti
22、on-Loads-Apply-Structural-DisplacementOn Node 拾取最左边结点，单击拾取对话框中OK按钮。选择UY，单击对话框中OK按钮。Main Menu:Solution-Loads-Apply-Structural-Force/MomentON Nodes 拾取作用集中力的结点，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。在施加结点荷载对话框中，选择FY，在VALUE框中输入50000.（单位：N）。单击对话框中OK按钮。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(2)保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：Fil
23、eSave as 输入文件名beamload.db保存文件。(3)进行求解 Main Menu:Solution-Solv-Current LS。查看窗口中的信息，然后选择FileClose。单击OK按钮，开始计算，当出现“Solution is done！”提示后，单击OK按钮关闭窗口。4后处理(1)图形显示变形 Main Menu:General Postproc-Read Results-First Se t。Main Menu:General PostprocPlot ResultsDeformed Shape 打开对话框，在此对话框中选择Def+undeformed，单击OK按钮。,
24、目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,在图形窗口中可以看到桁架变形后的图形（如图）。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(2)列出反作用力 Main Menu:General PostprocList ResultsReaction Solu 打开对话框，在此对话框中选择All item，单击OK按钮，则出现一窗口显示约束反力（单位：N）（如图）。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(3)列出各结点位移 Main Menu:General PostprocList ResultsNodal Sol
25、ution 打开对话框，在此对话框中选择All DOFS，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（单位：mm）（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClose，关闭窗口。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(4)列出各单元轴力（单位：N）和应力（单位：MPa）Main Menu:General PostprocList ResultsElement Solution 打开对话框，在此对话框中选择LineElem results，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（单位：mm）（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClos
26、e，关闭窗口。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,5退出ANSYS 单击工具条Quit按钮，选择QuitNo Save！单击OK按钮。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,【例 17.3】试用ANSYS软件计算图示平面刚架，已知荷载F 50 kN，q 50 kN/m，杆件的横截面面积A 0.2 m2，惯性矩I 0.15 m4，材料的弹性模量E 2.0105 MPa。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,【解】1.启动ANSYS，设定初始工作名为link1 2.前处理（1）设定分析模块 Main M
27、enu：Preferences。选择Structural。单击OK按钮。（2）创建基本模型 Main Menu:PreprocessorModelineCreateKeypointsin Active CS。输入关键点编号及其x、y、z坐标（按m输入）。单击Apply 输入下一个关键点编号及其x、y、z坐标。10个关键点全部输入完毕后，单击OK。Main Menu:PreprocessorModelineCreateLinesLinesStraight Line 按图示刚架，选取不同的关键点，在关键点之间划出条直线。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,在拾取对
28、话框中单击OK按钮。在工具条上单击 SAVE_DB，存储ANSYS数据库。（3）设定单元类型及相应选项 Main Menu:PreprocessorElement TypeAdd/Edit/delete。单击Add按钮。在左边单元库列表中选择link，在右边单元列表中选择2D elastic 3。单击OK按钮，接收单元类型并关闭该对话框。单击Close按钮，关闭单元类型对话框。(4)定义单元常数 Main Menu:PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/delete。单击Add 按钮。单击OK按钮，打开beam3的实常数对话框。在AREA框中输入0.2，在IZZ
29、框中输入0.15。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(5)定义材料属性 Main Menu:PreprocessorMaterial Props Material Models。在对话框的右侧窗口中选择StructuralLinearElastic Isotropic，定义材料1，打开材料属性对话框。在EX框中输入2e5（弹性模量）。单击OK按钮，关闭对话框。(6)保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beamgeom.db保存文件。(7)对模型划分网格 Main Menu:PreprocessorModeli
30、neCreateNodesOn Kpoint 打开Create Node on KP对话框，单击Pick All按钮。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,Main Menu:PreprocessorModelineCreateElementsAuto NumberedThro Nodes 打开Elements from Nodes对话框，依次选择单元的两个结点，并单击Apply按钮，最后单击OK按钮。(8)保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beamelement.db保存文件。3求解(1)施加荷载及约束 Ma
31、in Menu:Solution-Loads-Apply-StructuralDisplacementOn Node 拾取1、4、7边结点，单击拾取对话框中OK按钮。选择All DOF，单击对话框中APPLY按钮。Main Menu:Solution-Loads-Apply-Structural Force/Moment ON Nodes 拾取2、3结点，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,在施加结点荷载对话框中，选择FX，在VALUE框中输入50（单位：kN）。Main Menu:Solution-Loads
32、-Apply-StructuralForce/MomentON Nodes 拾取11结点，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。在施加结点荷载对话框中，选择FY，在VALUE框中输入50（单位：kN）。Main Menu:Solution-Loads-Apply-Structural PressureON beams 选取3、4、7、8单元，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。在施加结点荷载对话框中的VALUE框中输入50（单位：kN/m）。单击对话框中OK按钮。(2)保存ANSYS数据库文件 Utility Menu：FileSave as 输入文件名beamloa
33、d.db保存文件。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(3)进行求解 Main Menu:Solution-Solv-Current LS。查看窗口中的信息，然后选择FileClose。单击OK按钮，开始计算，当出现“Solution is done！”提示后，单击OK按钮关闭窗口。4后处理(1)图形显示变形 Main Menu:General Postproc-Read Results-First Se t。Main Menu:General PostprocPlot ResultsDeformed Shape 打开对话框，在此对话框中选择Def+undef
34、ormed，单击OK按钮。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,在图形窗口中可以看到刚架变形后的图形（如图）。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(2)列出反作用力 Main Menu:General PostprocList ResultsReaction Solu 打开对话框，在此对话框中选择All item，单击OK按钮，则出现一窗口显示约束反力（单位：N）（如图）。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(3)列出各结点位移 Main Menu:General PostprocList Re
35、sultsNodal Solution 打开对话框，在此对话框中选择All DOFS，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（单位：mm）（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClose，关闭窗口。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,(4)列出各单元轴力（单位：N）和应力（单位：MPa）Main Menu:General PostprocList ResultsElement Solution 打开对话框，在此对话框中选择Nodal force data，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（单位：mm）（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClose，关闭窗口。,目录,第十七章 用ANSYS计算平面杆件结构ANSYS软件计算举例,5退出ANSYS 单击工具条Quit按钮，选择QuitNo Save！单击OK按钮。,
