[原創(chuàng)]感知結構概念-縱橫彎曲變形-ANSYS分析

2017-02-24  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

導讀:梁在橫向載荷作用下,軸向受壓,增大橫向變形;軸向受拉,減小橫向變形?？紤]縱橫彎曲,需打開大變形選項。

一、模型演示

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以下模型演示通過施加預應力可使分散的木塊連接以構成梁或柱。

圖a所示為一系列中心帶有小孔的木塊,通過一根金屬線將它們連接在一起。金屬線的一端穿過支架,而另一端則被固定在支架上,以免木塊滑落。此時木塊只是懸掛在金屬線上,不能承受任何載荷(包括自重)。

(a) 無預應力狀態(tài)

如果在金屬線的右端懸掛重物使金屬線張緊,此時支架和彼此互相擠壓的木塊就形成了一個可承受外載荷的結構,如圖b所示。

(b) 有預應力狀態(tài)

模型演示圖片來源:英國曼徹斯特大學季天健教授。

二、定義和概念

預應力:預應力是一種使結構構件在承受載荷前即產生應力的技術。它可以用于減小結構在外載荷作用下的應力或位移,也可使張力結構生成某種特定的形狀。

預應力的作用有:

1)產生內力重新分布:通過減小最大內力獲得更輕的結構。

2)避免開裂:使結構始終處于受壓狀態(tài),避免出現裂縫。

3)提高結構或構件的剛度。

縱橫彎曲:討論拉伸(壓縮)與彎曲組合變形時,假定桿件的剛度很大,彎曲變形很小,因而忽略軸向力對彎曲的影響。但如桿件的剛度較小,彎曲變形較大,則軸向力對彎曲變形的影響不能忽略。當軸向力為壓力時,它將增加桿件的彎曲變形,更加不應忽視。像這類同時考慮橫向力和軸向力的彎曲變形問題,稱為縱橫彎曲。

簡言之,梁在橫向載荷作用下,軸向受壓,增大橫向變形;軸向受拉,減小橫向變形。

三、問題描述

一簡支梁,總長l =0.5m,其中取c= l/2,橫截面尺寸b = 1.2mm,h=39 mm,彈性模量E= 200 GPa,泊松比u =0.3。受集中力F2= 10N,軸向力F1 =15N;計算梁的彎曲變形。

問題分析:用BEAM188梁單元建模?？紤]縱橫彎曲,需打開大變形選項。對于圖示的簡支梁,在A點約束UX、UY、UZ和ROTX,在B點約束UY和UZ。約束A點ROTX是為了防止剛體轉動位移。

計算結果

1.撓度結果對比

2.撓度云圖

三、理論計算

參考教材:劉鴻文.材料力學(第5版)[M]. 北京:高等教育出版社,2011: 308-310.

四、GUI步驟

1.進入ANSYS

程序→ ANSYS → ANSYS Product Launcher → 改變workingdirectory到指定文件夾 → 在jobname輸入:file→ Run。

2.定義單元屬性

(1)定義單元類型:

①指定BEAM188單元:MainMenu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete →Add →在左列表框中選擇Beam,在右列表框中選擇2node 188 →OK。

②設置單元選項:Options→Element behavior K3:CubicForm(三次形函數) →OK。默認情況下Element behavior是一次形函數,為了提高計算精度和減少單元個數,改成三次形函數。

(2)定義截面:MainMenu >Preprocessor >Sections >Beam >Common Sections →ID:1,在Sub-Type下拉框選擇指定的矩形截面圖形,B:1.2,H:39,Nb:10,Nh:10 →Meshview→OK。Nb和Nh是橫截面的份數,截面默認分2份。

(3)設置材料屬性:MainMenu > Preprocessor > Material Props > Material Models → Structural→Linear →Elastic → Isotropic → EX:2e5,PRXY:0.3→ OK。

3.建立幾何模型

(1)生成關鍵點:Main Menu>Preprocessor >Modeling >Create >Keypoints >In Active CS →依次輸入關鍵點的編號和坐標:1 (0,0,0),2 (250,0,0),3 (500,0,0)→OK。

(2)創(chuàng)建直線:Main Menu >Preprocessor>Modeling >Create >Lines >Lines >Straight Line →拾取1和2→ Apply →拾取2和3→OK。

4.劃分網格

(1)設置線的單元屬性:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →在ElementAttributes下方選擇Lines Set→ 拾取線1和2→OK →選擇MAT:1,TYPE:1,SECT:1→OK。單元類型編號、截面編號和材料編號只有一種,可默認,不需要指定,此步驟可省略。

(2)設置單元尺寸:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →在SizeControls下方選擇Global Set →SIZE:10→OK。每10mm劃分一個單元。

(3)劃分梁單元:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →Mesh:Lines→ Mesh → Pick All。

5.施加邊界條件

(1)施加約束:MainMenu >Solution >Define Loads >Apply >Structural >Displacement >OnKeypoints →拾取關鍵點1 → OK → Lab2:UX、UY、UZ和ROTX→ Apply →拾取關鍵點3 → OK → Lab2:UY和UZ→ OK。

(2)施加集中力:MainMenu >Solution >Define Loads >Apply >Structural >Force/Moment>On Keypoints → 拾取關鍵點2 → OK → Lab:FY,VALUE:-10 → OK。

(3)施加軸向壓力:MainMenu >Solution >Define Loads >Apply >Structural >Force/Moment >On Keypoints → 拾取關鍵點3 → OK → Lab:FX,VALUE:-15 → OK。

(4)求解前保存模型:UtilityMenu > Files > Save as → 輸入file.db→ OK。

6.求解

(1)指定分析類型為靜力分析:MainMenu >Solution >Analysis Type >New Analysis → Static → OK。

(2)打開大變形選項:MainMenu >Solution >Analysis Type >Sol’n Controls → Basic →AnalysisOptions:Large Displacement Static→ OK。

(3)求解:MainMenu > Solution > Solve > Current LS → File > Close → Solve CurrentLoad Step → OK → Solution is done → Close。

(4)退出求解器:MainMenu>Finish。

7.后處理

查看變形:UtilityMenu >Plot >Results >Contour Plot >Nodal Solution → DOF Solution→ Y-Componentof displacement→OK。

8.退出ANSYS軟件

Utility Menu> File > Exit → Quit-No Save → OK。

五、APDL步驟

/PREP7

ET,1,BEAM188 !單元類型

KEYOPT,1,3,3 !形函數

MP,EX,1,2e5 !材料屬性

MP,PRXY,1,0.3

SECTYPE, 1, BEAM, RECT, ,0 !截面屬性mm

SECOFFSET, CENT

SECDATA,1.2,39,10,10,0,0,0,0,0,0,0,0

K,1,0,0,0 !關鍵點mm

K,2,250,0,0

K,3,500,0,0

L,1,2 !創(chuàng)建線

L,2,3

LESIZE,all,10, , , , , , ,1 !單元尺寸

LMESH, all !線分網

DK,1, UX !A點約束

DK,1, UY

DK,1, UZ

DK,1, ROTX

DK,3, UY !B點約束

DK,3, UZ

FK,2,FY,-10 !橫向力N

FK,3,FX,-15 !軸向壓力N

FINISH

/SOL !求解器

ANTYPE,0 !靜力分析

NLGEOM,1 !打開大變形選項

SOLVE !求解

FINISH

/POST1 !后處理

/DSCALE,ALL,5 !變形比例

/dev,font,1,Courier*New,400,0,-18,0,0,,, !字體

/GFORMAT,F,12,3, !保留3位小數點

PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !y方向變形

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