ANSYS中简支梁的模拟计算
ANSYS应用实例：钢筋混凝土简支梁数值模拟
（ii ）纵向钢筋：PIPE20 （iii ）横向箍筋：PIPE202.2 材料性质（i ）、混凝土材料表5-4 混凝土材料的输入参数一览表[16~19]·单轴受压应力-应变曲线（εσ-曲线）在ANSYS ○R程序分析中，需要给出混凝土单轴受压下的应力应变曲线。
在本算例中，混凝土单轴受压下的应力应变采用Sargin 和Saenz 模型[17,18]：221⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=c c s c c E E E εεεεεσ （5-30）式中取4'4')108.0028.1(c c c f f -=ε；断面图配筋图断面图配筋图断面图配筋图RCBEAM-01 RCBEAM-02 RCBEAM-03图5-12 各梁FEM模型断面图（a）单元网格图（b）钢筋单元划分图图5-13 算例（一）的FEM模型图2.4 模型求解在ANSYS○R程序中，对于非线性分析，求解步的设置很关键，对计算是否收敛关系很大，对于混凝土非线性有限元分析，在计算时间容许的情况下，较多的求解子步（Substeps）或较小的荷载步和一个非常大的最大子步数更容易导致收敛[2]。
在本算例中，设置了100个子步。
最终本算例收敛成功，在CPU为P41.6G、内存为256MB的微机上计算，耗时约为8小时。
2.5 计算结果及分析2.5.1 荷载—位移曲线图5-14为ANSYS○R程序所得到的各梁的荷载-跨中挠度曲线，从图中可以看出：（i）、梁RCBEAM-01：曲线形状能基本反映钢筋混凝土适筋梁剪切破坏的受力特点，而且荷载-跨中挠度曲线与钢筋混凝土梁的弯剪破坏形态非常类似，即当跨中弯矩最大截面的纵筋屈服后，由于裂缝的开展，压区混凝土的面积逐渐减小，在荷载几乎不增加的情况下，压区混凝土所受的正应力和剪应力还在不断增加，当应力达到混凝土强度极限时，剪切破坏发生，荷载突然降低。
（ii）、梁RCBEAM-02：荷载-跨中挠度曲线与超筋梁的试验荷载-跨中挠度曲线很相似，在荷载达到极限情况下，没有出现屈服平台，而是突然跌落。
钢筋混凝土简支梁模拟计算 ansys命令流
lsel,r,loc,y,0
dl,all,,uy
dl,all,,uz
lsel,all
lsel,s,loc,z,3பைடு நூலகம்00
lsel,r,loc,y,0
dl,all,,uy
lsel,all
ksel,s,loc,x,0
ksel,r,loc,y,0
!方法：分离式；solid65和link8
!材料：混凝土采用concr和钢筋为弹性材料，但不考虑压碎
!---------------------------------------------------
!为方便，假定钢筋置于梁底两侧.
!===================================================
lesize,all,,,20
lmesh,all
lsel,s,loc,z,0
lesize,all,,,4
vsel,all
vatt,1,1,1
mshape,0,3d
mshkey,1
vmesh,all
allsel,all
finish
/solu
!施加约束
/config,nres,2000
/prep7
!定义单元及其材料特性等
rd0=20.0 !钢筋直径
et,1,solid65
et,2,link8
mp,ex,1,33e3
mp,prxy,1,0.20
r,1
hntra=28
hntrl=2.6
tb,concr,1
/post1
pldisp,1
基于Ansys软件的简支梁优化设计
基于Ansys软件的简支梁优化设计在实际工程中，经常需要对结构构件进行截面优化充分利用材料并节省造价。
ANSYS软件提供了一些常用的结构优化功能，本算例将以一个受均布荷载的平面悬臂梁为例，介绍实用ANSYS软件对构件进行优化。
一问题描述承受均布载荷作用的钢制简支梁如图21-1所示，均布载荷p=5000N/m，跨度L=1 m。
试确定该梁的高度h和宽度b，要求梁的高度h不超过100 mm、宽度b不低于50 mm、挠度不超过0.2 mm时，使得梁的质量最小。
图1简支梁二操作步骤1 建立有限元模型(1)定义初始参量在ansys窗口顶部菜单选择Parameters> Scalar Parameters命令，输入如图2所示控制数：图2H=0.06 ! 简支梁截面高度B=0.06 ! 简支梁截面宽度L=l ! 简支梁长度P=5e3 ! 作用在悬臂梁上的局部荷载(2)选择单元类型拾取菜单 Main Menu—Preprocessor—Element Type—Add/Edit/Delete。
在弹出的对话框中单击“Add”按钮；在弹出的对话框左侧列表中选“Structural Beam”，在右侧列表中选“2D elastic 3”，单击“OK”按钮；即选择BEAM3单元，Beam3单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。
单元的每个节点有三个自由度，即沿x,y方向的线位移及绕Z轴的角位移。
(3)定义实常数拾取菜单Main Menu—Preprocessor—Real Constants—Add/Edit/Delete。
在弹出的对话框中单击“Add”按钮，在弹出对话框的列表中选择“Type 1 BEAM3”，单击“OK”按钮，各实常数值如下图3所示。
图3其中AREA为横截面面积，IZZ为截面惯性矩，HEIGHT为截面高。
(4)定义材料特性拾取菜单Main Menu—Preprocessor—Material Props—Material Models。
（整理）ansys简支梁分析.
（整理）ansys简支梁分析.图b所示的矩形截面的简支梁，受到竖直向下的2q 均布载荷作用。
100mKN图b 梁受力情况及截面尺寸表1 梁的几何参数及材料参数（三）研究方法及模型的建立（包括单元的选取，边界条件的简化等）。
1.梁单元⑴建模：由于对称性，取梁的右半部分为研究对象。
①选择梁单元，设置材料常数定义梁的横截面面积、惯性矩及截面高度。
②建立2个关键点：1（0，0，0）；2（8，0，0）。
③生成直线：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Modeling>Lines>Lines>Stright Line，依次连接关键点，点击ok即可。
④划分单元：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，选择直线，将梁划分为80份；ANSYS Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>Shape>Mech>pickall，完成划分。
⑤施加约束：ANSYS Main Menu>Solution>Difine Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes，选取对称轴上的节点，施加x方向的约束；选取右下角的节点施加y方向约束。
⑥施加载荷：ANSYS Main Menu>Solution>Difine Loads>Apply>Pressure>On Beams>Pick All，V ALI Pressure Value at I输入100000，V ALJ Pressure Value at J输入100000，即施加了均布载荷。
建好的模型如图1.1所示。
ANSYS简支梁有限元分析与设计计算
有限元大作业计算
依据已知条件，将梁转化为平面实体模型，可得梁的面荷载等效为4000N/m，弹性模量为28E9N/㎡，泊松比为0.16，梁长8m，高1m，定义实体模型厚度为0.4m。
利用solid材料选项命令建立实体模型，添加各项材料属性，建立实体模型后，以0.1m作为单元长度进行剖分，在模型中轴线左端加上位移X和Y方向的约束，右端加上位移Y方向的约束，加上4000N/m的线荷载后进行模型求解，通过后处理器中PLOT命令导出计算应力云图（如图1所示）和位移图（如图2所示），通过query命令中的Subgrid Solu命令对下边中点处的应力值进行提取（如图3所示）。
图1 实体单元建模应力云图
图2 实体单元建模位移图
图3 实体单元建模中值点应力值
采用beam命令对进行梁单元材料定义，并输入对应参数，之后进行对应建模计算，导出计算结果，应力云图（如图4所示）、位移图（如图5所示）和中
值点应力值（如图6所示）。
图4 梁单元建模应力云图
图5 梁单元建模位移图
图6 梁单元建模中值点应力值
可知，在实体单元建模中，中点处位移为：m 410954.0-⨯，中点处应力值为：192655N/㎡；在梁单元建模中，中点处位移为：m 310227.0-⨯，中点处应力值为：457840N/㎡。
（手算结果见附页）
姓名：吴 小 超
学号：2140720060
班级：研1420班
任课教师：简 政。
简支梁的ansys分析
简支梁的ANSYS分析题目：如下图所示一个简支梁及其所受载荷情况，求解材料的最大正应力和切应力，其中b=80mm，h=200mm。
已知结构的最大许用正应力为15MPa，最大许用剪切应力为1MPa。
图1 简支梁尺寸结构及受力情况理论计算：由材料力学可知，按照正应力强度条件计算其中：M max=q*l2/8=10*2*2/8=5KN*mW z=b*h2/6=0.08*0.2*0.2/6=5.33e-4m^3所以最大正应力结果为σ=M max/W z=5e3/5.33e-4=9.38MPa<15Mpa此时结构正应力的安全系数n=15/9.38=1.6结合材料力学公式，校核其剪应力强度如下所示：F qmax=q*l/2=10*2/2=10KNτmax=F qmax*S zmax/（I z*b）=3*F qmax/（2*A）=0.22MPa<1MPa 此时结构正应力的安全系数n=1/0.22=4.55通过理论计算可知，结构满足强度要求，正应力和切应力都小于许用应力。
有限元分析：采用ANSYS软件对上述结构进行分析，得出结构的受力情况。
有限元分析流程如下所示：建立几何模型，该结构为梁结构，在ANSYS中采用梁单元来模拟，那么几何模型为线体，即长度为2m的线，然后赋予梁的截面形状。
单元类型选择beam188单元类型。
该单元类型具有两个节点，每个节点具有六个自由度，分别为空间坐标系下的三个平动自由度和三个转动自由度。
图2 beam188单元类型操作流程如下：GUI：Utility Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出【Element Types】对话框，单机Add按钮，弹出【Library of Element Types】对话框，设置下面选项：左边列表框中选择Beam；右边列表框中选择 2 node 188；图3 单元类型定义定义梁单元的截面属性，操作流程如下：GUI：Utility Menu→Preprocessor→Sections →Beam→Common Sections，弹出如下对话框，并进行如下所示设置，点击Ok。
ANSYS对简支梁的数值模拟
ANSYS对简支梁的数值模拟
段敬民;冯波涛;李伟
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2009(031)012
【摘要】采用Solid65单元和Link8单元对钢筋混凝土简支梁进行了数值模拟计算,模拟结果表明用Solid65单元和Link8单元模拟钢筋混凝土简支梁破坏是可行的,基本上能反映梁破坏时的力学特征,说明了利用ANSYS有限元程序作为辅助的研究手段来模拟试验过程的可行性的,也是可靠的.
【总页数】3页(P53-55)
【作者】段敬民;冯波涛;李伟
【作者单位】河南理工大学土木工程学院,河南,焦作,454000;河南理工大学土木工程学院,河南,焦作,454000;河南理工大学土木工程学院,河南,焦作,454000
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.41
【相关文献】
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5.基于ANSYS钢筋混凝土简支梁极限荷载研究 [J], 周广强;王康入
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例1简支梁的变形分析(ANSYS有限元分析入门)
例1简支梁的有限元建模与变形分析计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: beam。
（梁单元表示实体）梁承受均布载荷：1KN/m图1-1梁的计算分析模型梁截面矩形，183*183单位mm面积335cm2惯性矩9.3e-5 m4EX:2.06e11Pa PRXY:0.3 （计算中需要的参数，注意单位）1.1进入ANSYS 设置工作名和标题并在窗口显示程序→ANSYSED 10.0→ANSYS（启动）→file →change jobname（更改工作名）→enter the new jobname: beam（输入工作名）→file→change title（更改标题）→enter new title: beam（输入新标题）→ok→plot （绘制）→replot（重新绘制）1.2ANSYS偏好设置（把与本例无关的可能出现的选项都屏蔽）ANSYS Main Menu: Preferences →选择Structural（结构）→OK1.3选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor（前处理器）→Element Type（单元类型）→Add/Edit/Delete… （添加/编辑/删除）→Add…（添加）→选择Beam 2D elastic 3 →OK →Close1.4定义单元实参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →REAL Constants（材料实参数）→Add/Edit/Delete… （添加/编辑/删除）→add →ok →AREA（面积，注意换算）3.35e-6，IZZ （惯性矩）9.3e-5，HEIGHT0.183（高）→OK1.5定义材料参数Material Props（材料参数）→Material Models（材料模型）→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.06e11, PRXY:0.3（输入弹性模量和泊松比）→OK1.6生成几何模型✓生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling（建模）→Create →Keypoints（创建关键点）→In Active CS （在当前坐标系）→依次输入三个点的坐标：input:1(0,0),2(1,0)（连续输入选择apply，最后一次输入选择ok）→OK✓生成梁ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →lines →Straight lines →连接两个特征点，1(0,0),2(1,0) →OK1.7网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing（网格）→Mesh Attributes（网格特性）→all lines →OK→Meshing（网格）→SIZE CNTRLS（尺寸）→manualsize（手工设置）lines →alllines→→element edge length(单元长度)输入0.1→OK→Mesh(划分网格)→lines→pick all →OK1.8模型施加约束✓最左端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution（求解）→Define Loads（定义载荷）→Apply（施加）→Structural →Displacement（位移）→On KEYPOINTS（在关键点处）→pick the keypoints at (0,0) （选择原点）→OK→select UX, UY（施加自由度约束）→OK✓最右端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement →On keypoints→pick the keypoints at (1,0) →OK→select UY →OK✓施加y方向的载荷ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Pressure（压力）→On Beams→Pick All→V ALI:1000 →OK1.9 分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve （求解）→Current LS（当前坐标系）→OK(to close the solve Current Load Step window) →OK1.10 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc（通用后处理器）→Plot Results（绘制结果）→Deformed Shape…→select Def + Undeformed（显示变型）K (back to Plot Results window) →Contour Plot→Nodal Solu（节点解）→Stress→1st Principal stress（第一强度理论）1.11 退出系统ANSYS Utility Menu: File→Exit →Save Everything→OK。
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1E c ；/E clE s_2卜+僅12(5-30)通过大型有限元软件ANSYS 对简支梁进行模拟计算下面以钢筋混凝土简支梁的 ANSYS ①程序数值模拟的应用实例，对ANSYS ⑧程序的应用方法及 模拟效果进行验证，梁的尺寸、配筋及荷载如图5-9所示。
钢筋采用H 级钢，混凝土强度等级为 C30。
2.1单元类型i )混凝土单元：采用 ANSYS ①程序单元库中 SOLID65单元。
(ii )纵向钢筋：PIPE20 (iii )横向箍筋:PIPE202.2材料性质i )、混凝土材料[16~19]混凝土立方体抗压强 度 f cu ( N / mm 2)弹性模量Ec2(N/mm )泊松 比V单轴抗压强度f c ' 2(N/mm )单轴抗拉强度f r (N/mm )裂缝间剪力 传递系数P t张开 闭合30 24000 0.20 25.0 3.1125 0.35 0.75•单轴受压应力-应变曲线(二-；曲线)在ANSYS @程序分析中，需要给出混凝土单轴受压下的应力应变曲线。
在本算例中，混凝土单 轴受压下的应力应变采用 Sargin 和Saenz 模型[17,18]:①22①22E20 ①22RCBEAM-03图5-92①82①82①82①82①82①8①8@75@75@75 2①22①22①22150 150 150150 RCBEAM-01150150150RCBEAM-02 (b )、梁断面图梁尺寸、配筋及荷载示意图f ①24 ①24 ①22150 150■4- -------------PP125 1200 600(a )、梁的几何尺寸及荷载示意图600式中取；c =(1.028 -0.1084「f c')4「f c';(ii )、钢材：(a) 、本构关系(应力应变曲线)在本算例中，所有钢材，包括梁中纵向主筋、横向箍筋和钢支座垫板均采用理想弹塑性模型 其应力-应变曲线见图5-10。
(b) 、屈服准则和强化准则钢材的屈服准则选用双线性随动强化材料(BKIN )［8］。
在ANSYS ①程序中，本算例中钢材的需要输入的参数为泊松比'•.、弹性模量E s 和屈服强度f y ，钢材的输入参数见表5-6。
2.3建立模型(a) 、单元划分本算例中的钢筋混凝土简支梁形状很规则，因此在ANSYS ®程序中采用了映射划分，所有实体单元都是正六面体单元。
在加载点和支座处均加设 40mm 厚的钢垫板，以避免出现局压破坏。
另外, 在加载点和支座处的网格进行了细分，以考虑应力集中。
模型的单元网格图见图5-13。
(b) 、约束条件h亠r^i I n I M*丄 UX=0UZ=0UX=0 UY=0图5-11根据对称性，可取图 5-9中的1/2模型进行有限元分析。
相应的在 ANSYS @程序模型中的约束条件见图5-11。
(c) 、加载方式在本算例中，采用位移加载，即在加载点垫板中心施加一竖向位移，UY 二-15mm 。
在本算例中，没有考虑钢筋混凝土之间的粘结滑移性能，将钢筋与混凝土视为完全固结。
FEM 模型图和钢筋网格图［1,3,5,6］见图5-12和图5-13所示。
纵向钢筋横向箍筋钢支座 垫板受拉 受压泊松比V0.25 0.250.252E s( N / mm )2X1052如052如05f y(N/mm )360210210360说 明表5-5钢材材性输入参数一览表图5-10钢材的应力-应变关系图5-13 算例(一)的 FEM 模型图2.4模型求解在ANSYS @程序中，对于非线性分析，求解步的设置很关键，对计算是否收敛关系很大，对于7E(a )单元网格图 (b )钢筋单元划分图混凝土非线性有限元分析，在计算时间容许的情况下，较多的求解子步( 和一个非常大的最大子步数更容易导致收敛[2]。
在本算例中，设置了成功，在CPU 为P41.6G 、内存为256MB 的微机上计算，耗时约为 8小时。
2.5计算结果及分析2.5.1荷载一位移曲线图5-14为ANSYS ⑥程序所得到的各梁的荷载-跨中挠度曲线，从图中可以看出：(i )、梁RCBEAM-01 :曲线形状能基本反映钢筋混凝土适筋梁剪切破坏的受力特点，而且荷 载-跨中挠度曲线与钢筋混凝土梁的弯剪破坏形态非常类似，即当跨中弯矩最大截面的纵筋屈服后， 由于裂缝的开展，压区混凝土的面积逐渐减小，在荷载几乎不增加的情况下，压区混凝土所受的正 应力和剪应力还在不断增加，当应力达到混凝土强度极限时，剪切破坏发生，荷载突然降低。
Substeps )或较小的荷载步 100个子步。
最终本算例收敛(a)荷载P-跨中挠度曲线(a)弯矩M-跨中挠度曲线图5-14 (a )荷载一跨中挠度曲线( RCBEAM-01 )(ii )、梁RCBEAM-02 :荷载-跨中挠度曲线与超筋梁的试验荷载 -跨中挠度曲线很相似，在荷载达到极限情况下，没有出现屈服平台，而是突然跌落。
极限弯矩值相对梁 RCBEAM-01增加约30%， 与受拉区配筋率的增加量(100% )相比要低，表明受拉区所增加的钢筋没有完全发挥作用，与超筋 梁类似。
矩弯中跨一o o o o o O 2 0 8 6 4 20 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24跨中挠度△ (mm)]o O 8 76050o o O 4 3 2 O0 24 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24跨中挠度△ (mm)|(iii )、梁RCBEAM-03 :荷载-跨中挠度曲线形状介于适筋梁与超筋梁的试验曲线之间，随着挠度的增加，荷载几乎成线性地增长，在荷载达到极限情况下，曲线出现一个较短的屈服平台，随后出现突然跌落情况。
由于受拉区配筋量的加倍，极限弯矩值增加较大，相当于梁RCBEAM-01的两倍，表明受拉区所增加钢筋发挥了完全作用。
(a)荷载P-跨中挠度曲线(a)弯矩M-跨中挠度曲线 图5-14 ( c ) 荷载一跨中挠度曲线(RCBEAM-03 )表5-6计算结果与理论值比较计算项目RCBEAM-01RCBEAM-02RCBEAM-03理论计算结果 ANSYS计算结果理论计 算结果 ANSYS 计算结果 理论计 算结果 ANSYS 计算结果 极限弯矩M u(kN mm )65.66 67.78 65.66~ 123.120 84.79 123.120 122.06 △max ( mm )9.310 8.182 9.310~ 15.635 9.791 15.635 14.796 V u (kN )148.9**112.83148.9**141.317148.9**203.433破坏类型 受拉区单侧配筋 适筋梁破坏形态 受拉区单侧配筋 超筋梁破坏形态 拉压区双侧配筋 适筋梁破坏形态说明表中带“** ”抗剪承载力V u 没有考虑纵向钢筋的梢栓作用表5-6为理论计算结果与 ANSYS ⑥程序计算结果的对比，从表 5-6中可以看出，(1 )、ANSYS 垃程序计算的跨中最大弯矩值与理论计算值比较接近，RCBEAM-01 和 RCBEAM-02最大剪力比梁的斜截面抗剪能力低，即纵筋屈服决定梁的承载能力，压区混凝土的剪 断决定梁的最大变形能力，梁k P 载荷■7C/f荷 荷载 P-跨中挠度 A k ,/1A11 01250 20 0 0跨中挠度△ (mm)跨中挠度△ ( mm) I68 10 12 14 16 18 20 0 2 46 8 10 12 14 16 18 20h 口b矩弯中跨200 150 10050o o o o o O 4 2 0 8 6 4的强度仍然由跨中垂直截面弯曲强度决定；而RCBEAM-03的最大剪力比梁的斜截面抗剪能力要大，所以，梁的极限承载能力由梁的斜截面抗剪能力决定，但从表中也可以看出，极限状态下的最大弯矩计算值与理论计算值比较接近，表明梁ANSYS⑥程序计算的抗剪能力值为203.433 kN ,比理论计算的148.9 kN值高，这可能是因为纵筋的梢栓作用比较突出。
从表5-6还可以看出，在纵筋屈服时刻，ANSYS⑥程序计算的梁跨中最大挠度值比理论计算值略小，原因可能是由于没有考虑钢筋-混凝土之间的粘结滑移，而使整个梁的整体刚度有所增加。
2.5.2混凝土应力-应变本构关系比较图5-15为混凝土应力-应变曲线计算结果和输入曲线对比图，从图中看出，混凝土计算输出本构关系与输入曲线吻合较好。
2.5.3钢筋应力发展曲线(a)主筋应力发展曲线(b)横向箍筋应力发展曲线图5-16钢筋应力发展曲线跨中挠度△ (mm)|箍筋应力＜7 -跨中挠度△]跨中挠度△ ( mm) I。