平面桁架系统静力分析
ansys课程设计报告-平面桁架静力学分析
辽宁工程技术大学课程设计课程大型工程分析软件及应用题目平面桁架的静力分析院系力学与工程学院专业班级学生姓名学生学号2018年01月07 日力学与工程学院课程设计任务书课程 大型工程分析软件及应用课程设计题目 平面桁架的静力分析专业 姓名主要内容：1、 小型铁路桥由横截面积为3250mm 2的钢制杆件组装而成。
一辆火车停在桥上，EX=2.1×105MPa ，μ=0.3，ρ=7.8×103kg/m 3。
试计算位置R 处由于载荷作用而沿水平方向移动的距离以及支反力，同时，分析各个节点的位移和单元应力。
2、 试件的几何参数设计报告目录a=1ma=1m a=1m b=1mRF2=280KNF1=210KN第1章概述................................................................................................................... - 3 -1.1 课程设计的意义、目的..................................................................................................... - 3 - 第2章 ANSYS详细设计步骤........................................................................................ - 3 -2.1问题分析.............................................................................................................................. - 3 -2.2基于ANSYS分析的步骤................................................................................................... - 3 -2.2.1启动ANSYS，进入ANSYS界面........................................................................... - 4 -2.2.2定义工作文件名和分析标题.................................................................................... - 4 -2.2.3设定分析类型............................................................................................................ - 4 -2.2.4选择单元类型............................................................................................................ - 4 -2.2.5定义实常数................................................................................................................ - 5 -2.2.6定义力学参数............................................................................................................ - 5 -2.2.7存盘............................................................................................................................ - 6 -2.2.8创立关键点先、线.................................................................................................... - 6 -2.2.9设置、划分网格........................................................................................................ - 8 -2.2.10施加荷载并求解.................................................................................................... - 10 - 第3章设计结果及分析............................................................................................. - 13 -3.1显示桁架变形图................................................................................................................. - 13 -3.2列表显示节点解................................................................................................................. - 14 -3.3上述分析对应的命令流如下：......................................................................................... - 15 - 结论............................................................................................................................... - 17 - 心得体会....................................................................................................................... - 17 - 参考文献....................................................................................................................... - 18 -设计报告第1章概述1.1 课程设计的意义、目的1〕ANSYS模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性〔固有频率和振型〕，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷的重要参数，也可作为其他动力学分析的起点，是进行谱分析或模态叠加法普响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
平面桁架系统静力分析
一、平面桁架系统静力分析
已知：桁架结构如图，节点D作用载荷F，a=30cm,b=50cm，各杆横截面均为正方行，横截面积A=1平方厘米，材料为45#钢，外载荷F=2000N。
要求：给出有限元软件分析的主要步骤，参数设置，加载前后变形图，轴力及轴向应力图；并利用材料力学知识求出解析解，与有限元结果对比。
一、添加材料信息
双击static structural
弹出下图所示方框
双击engineering date 添加材料信息，包括材料名、材料密度、弹性模量、泊松比、拉伸屈服强度、拉伸极限强度等。
先点击refresh project 在点击return to project ，返回上个页面
双击geometry ，进入模型编辑页面。
选择单位为毫米。
点击XY坐标系开始画图。
点击sketching 进入绘图
点击dimensions标注尺寸，尺寸如下图所示：
图形如下：
点击XY plane下的sketch 1 ，选中它，再点击标题栏的concept下的lines from sketches ，再点击generate，最终生成线体。
如下图所示点击生成线体的横截面
设置线体的界面尺寸
最终生成如下图所示的立体
返回上个界面双击setup，进入网格划分界面进行网格划分
如上图所示添加网格的尺寸，结果如下
添加约束点如下
添加作用力如下图
添加材料如下图：
进行总得变形分析：
分析结果如下图所示：。
ansys桁架结构分析实例
ansys桁架结构分析实例平面桁架的静力分析摘要：近些年来，ANSYS 工程软件在工程领域内运用的很多，在分析线性有限元模型上比其他软件更具有优势。
而在ANSYS 软件中最常用的是线性静力分析，尽管很多的材料不一样，但结果确基本一致。
本文主要是要对平面桁架进行静力分析。
关键字：线性；桁架；有限元；结构The plane truss static analysisAbstract ：ANSYS engineering software engineering field use in recent years, a lot, in the analysis of linear finite element model on more than any other software advantages. The most commonly used in ANSYS linear static analysis, although a lot of the material is not the same, but the result was consistent. This article is mainly for static analysis of plane truss.Key words：Linear; truss; finite element; structure1. 引言结构分析的四个基本步骤是：创建几何模型、生成有限元模型、加载与求解、结果评价与分析。
具体步骤与结构分析类型有关，并且有些步骤可以省略或相互之间交叉，如简单结构的几何模型创建过程可省略而直接创建有限元模型，加载可在处理层也可以在求阶层等，需要根据具体情况以便利原则而定。
2主要步骤结构线性静力分析步骤为：2.1创建几何模型（1）清楚当前数据库。
回到开始层：FINISH 命令。
清楚数据库的操作步骤要在开始层。
清楚数据库：/CLEAR命令。
403建筑结构与建筑设备【讲义】 (11)静定结构的内力分析
第五节静定结构的内力分析四、静定平面桁架静定桁架是由若干根直杆在其两端用铰连接而成的静定结构。
在结点荷载作用下，桁架各杆均为只受轴力的二力杆。
静定桁架架内力分析的一般步骤是先求支座反力，再计算杆件内力。
计算杆件内力（轴力）的基本方法是结点法和截面法。
1 ．节点法和截面法截取析架的结点为隔离体，利用各结点的静力平衡条件来计算各杆件内力的方法，称为结点法。
对每一结点，可列出两个独立的投影平衡方程进行解算。
桁架计算中的截面法与其他结构计算的截面法原理相同。
截面法截取的隔离体上的各力（包括荷载、反力和杆件轴力）通常组成一个平面任意力系，因此只要未知力不多于三个，就可直接由三个平衡方程求出各未知力。
截面法中的平衡方程可以是力矩方程，也可以是投影方程。
【例 3 一18 】求图3 一47 （a ）所示桁架 1 、2 杆的内力。
该桁架是从一个基本铰接三角形ACF 开始，依次增加二元体FGC 、FDC 、GHD 、GED 、HIE 、H 刀E 和IJB 所组成，这种桁架称为简单桁架。
对于简单桁架，在求出支座反力后，如果采用结点法，则按照撤除二元体的顺序依次选取结点（本例可按J , I , B , H , E , G , D , C 顺序取），即可顺利求出所有杆件的内力。
本例只需求两根指定杆件的内力，为简化计算，可以联合应用结点法和截面法。
利用结点法，由结点I 可直接求出腹杆IE 的内力，再由结点 E 可求得1 杆的内力。
有了 1 杆的内力，在该杆所在节间截开，利用截面法可求得 2 杆的内力。
（ 1 ）求支座反力由整体结构的∑M A=0和∑M B=0 ，可得由∑Y=0校核计算无误。
（2 ）求2 杆内力取出结点I （图 3 -47b ），根据∑Y=0，有再取结点E （图3 -47c ），由∑Y=0得（3 ）求1 杆内力作截面m-m，并取左半部分为隔离体（图3 -47 d），根据∑Y=0。
有结点法和截面法是析架内力计算的通用方法。
结构力学第五章平面桁架详解
1‘ 2‘ 3‘ 4‘ e
a
cd
b
4d d3
A 1 2 3 4 5
B
P PP 6d
VA 1.5P
(1) Na Nb
1‘ 2‘
4
Na
d 3
1 2 Nb
1.5P
P
Y 0 M 2 0
VB 1.5P
Na P VA 0.5P
Nb
4 3
d
1.5P 2d
0
Nb 2.25 P
1‘ 2‘ 3‘ 4‘ e
a
cd
b
A 1 2 3 4 5
P PP 6d
4d d3
B
(2) N c
VA 1.5P
Yc 1.5P P 0.5P
Nc
5 4
Yc
0.625P
VB 1.5P
4‘ e
d
Nc
B
45
P 1.5P
A VA 1.5P
1‘
2‘
3‘
4‘
e
a
cd
b
12345 P P P 6d
4d d3
B
VB 1.5P
5-1 桁架的特点和组成分类
桁架是由链杆组成的格构体系，当荷载仅作用在结点上时，
杆件仅承受轴向力，截面上只有均匀分布的正应力，是最理想
的一种结构形式。
上弦杆
理想桁架：
腹杆
下弦杆
（1）桁架的结点都是光滑无摩擦的铰结点； （2）各杆的轴线都是直线，并通过铰的中心； （3）荷载和支座反力都作用在结点上
主应力、次应力
桁架的分类（按几何构造） 1、简单桁架
2、联合桁架
3、复杂桁架
§5-2 结点法
分析时的注意事项：
静力学平面桁架
§4-3 求平面桁架各杆内力的方法
静 力
节点法
学
� 以节点为平衡对象；
桁
—
架
结
� 节点力的作用线已知
构
一般均设为拉杆
—
节点法
静例
力
学题
桁 架 结 构
求：各杆内力
静
FC y
首 先
力
确
学
FC x
定
桁
约
—
架 结 构
FD y
束 力
FC x = 0 , FC y = - 800 N , FD y = 2600 N 。
∑ M D (F)
结
N2 = 2F (拉)
构
E N4
N2
E
F10 = −43.66kN
FAX C
E F5 F4
D
取G点为研究对象：
∑Y = 0
N1
GC
D
F7 = −20kN
N3 = −1.67F (压)
求:CD杆内力.ABC为等边三角形,E、D、F为中点
静 解: ED杆为零杆
力
学 ∑MB =0
桁
架 结
静 力
理论力学
学
桁
—
架 结
静力学
构
§4-1 桁架的基本知识
一、桁架的概念和构成
静 由许多直杆在端点通过铰接而构成的坚固的承载结构
力 学
二、关于桁架的基本假设:
1. 所有杆件只在端部连接；
桁 架
—
2. 所有连接处均为光滑铰链；
结
3. 只在连接处加载；
构
4. 杆的重量忽略不计。
主讲教师：邹翠荣
哈工大结构力学(I)结构静力分析篇(桁架)@@资料
FN3
FN1 FN2
0
FN3
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FP
组成分析法 2 —— 三刚片
FP 三刚片 FP 单 杆
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利用结构对称性
对称静定结构：几何形状对称 支座约束对称
对称结构的受力特点： 在对称荷载作用下内力和反力及其位移是对 称的； 在反对称荷载作用下内力和反力及其位移是 反对称的。
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2-5-2 结点法
桁架分析时每次截取的隔离体(free-body)只含一个结 点的方法，称结点法 (Method of joint) 隔离体只包含一个结点时隔离体上受到的是平面 汇交力系，应用两个独立的投影方程求解，故一般 应先截取只包含两个未知轴力杆件的结点。 • 只要是能靠二元体的方式扩大的结构， 就可用结点法求出全部杆内力
• 一般来说结点法适合计算简单桁架。
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例题
120kN
求图示桁架各杆轴力。
B D E
A
a.求支 座反力
B
C
F
G
4m
D
15kN 4m
E
15kN 4m
120kN 120kN
A
C
F
G
45kN
15kN
15kN
15kN
3m
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B
D
E
120kN
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FAy
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FP
FP
b
E
3
平面静定桁架静力分析
工程中的桁架结构
平面静定桁架的静力分析
桁架及其工程应用
工程中的桁架结构
平面静定桁架的静力分析
桁架及其工程应用
工程中的桁架结构
平面静定桁架的静力分析
桁架及其工程应用
工程中的桁架结构
平面静定桁架的静力分析
桁架及其工程应用
工程中的桁架结构
平面静定桁架的静力分析
桁架的力学模型
力学中的桁架模型
节点 杆件
简化计算模型
平面静定桁架的静力分析
桁架的力学模型
力学中的桁架模型－简化计算模型
节点 杆件 节点
杆件
杆件
节点 节点
杆件
平面静定桁架的静力分析
桁架的力学模型
力学中的桁架模型
模型与实际结构的差异
平面静定桁架的静力分析
桁架的力学模型
桁架分类
解：1、首先确定约束力。 由平衡方程
Fx= 0 ， ME= 0 ， MA= 0 ，
解得 FAx= 0 ; FA= 500N; FE=700N.
FAx
A FAy FE
平面静定桁架的静力分析
桁架静力分析的基本方法－例题 2
解：2、用假想截面 将桁架截开
平面静定桁架的静力分析
桁架静力分析的基本方法－例题 2
平面桁架
对称结构，载荷作 用在对称面内。 平面结构，载荷作 用在结构平面内；
平面静定桁架的静力分析
桁架的力学模型
桁架分类 空间桁架
结构是空间的， 载荷是任意的； 结构是平面的， 载荷与结构不共面。
平面静定桁架的静力分析
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平面桁架系统静力分析
已知：桁架结构如图，节点D作用载荷F，a=30cm，b=50cm，各杆横截面均为正方形，横截面积A=1cm2，材料为45#钢，外载荷F=2000N。
要求：给出有限元软件分析的主要步骤、参数设置，加载前后变形图，轴力及轴向应力图；并利用材料力学知识求出解析解，与有限元结果对比。
图一：桁架结构
1、先在workbench中进行建模.
2、在concept中点击line from sketches，选择画好的草图，generate生成，然后生成截面形状，在concept（cross section中）选为矩形rectangular，details view中设置截面尺寸，生成截面，
如下图。
3、点击结构树中line body， details view中设置cross section为画好的rect2，点击generate生成line body，如下图。
4、添加材料参数，在engineering data中添加新材料，45号钢密度为7890 kg/m3，杨氏模量为209GPa，泊松比比为0.269。
更新model并打开，点击结构树中的line body，在details view中的assignment中添加45号钢。
5、网格划分，点击mesh，修改网格尺寸，此处设置为5mm生成后如下图。
6、施加约束和载荷，在static structural中insert下添加fixed support和fixed rotation，在最上部的节点处施加载荷，如下图。
7、添加分析项，在solution中insert下加入轴力，变形，和轴向应力图（beam tool中），然后进行solution，如下图。
图1-1 加载前后变形图
图1-2 轴力图
图1-3 轴向应力图
由材料力学分析知：最大轴向力为884.56N，最小轴向力为650.41N，最大位移为0.02106mm,最大轴应力8.8MPa,最小轴应力6.5MPa。
由ANSYS分析知：最大轴向力为884.5N，最小轴向力为650.37N，最大位移发生在三杆铰接处，为0.02116mm,最大轴应力8.845MPa，最小轴应力6.5037MPa。
对比可知，两种方法在误差允许的条件下，结论是一致的。