梁结构应力分布ANSYS分析(业界借鉴)
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 先进制造及模具设计制造实验
梁结构应力分布ANSYS分析
学院名称：机械工程学院
专业班级：研1402
学生姓名：XX
学生学号：S1403062
2015年5 月
梁结构应力分布ANSYS分析
（XX，S1403062，江苏大学）
摘要：本文比较典型地介绍了如何用有限元分析工具分析梁结构受到静力时的应力的分布状态。我们遵循对梁结构进行有限元分析的方法，建立了一个完整的有限元分析过程。首先是建立梁结构模型，然后进行网格划分，接着进行约束和加载，最后计算得出结论，输出各种图像供设计时参考。通过本论文，我们对有限元法在现代工程结构设计中的作用、使用方法有个初步的认识。
关键词：梁结构；应力状态；有限元分析；梁结构模型。
Beam structure stress distribution of ANSYS
analysis
（Dingrui, S1403062, Jiangsu university）
Abstract: This article is typically introduced how to use the finite element analysis tool to analyze the stress of beam structure under static state distribution. We follow the beam structure finite element analysis method, established the finite element analysis of a complete process. Is good beam structure model is established first, and then to carry on the grid, then for constraint and load, calculated the final conclusion, the output of images for design reference. In this article, we have the role of the finite element method in modern engineering structural design, use method has a preliminary understanding.
Key words: beam structure; Stress state; The finite element analysis; Beam structure model.
1引言
在现代机械工程设计中，梁是运用得比较多的一种结构。梁结构简单，当是受到复杂外力、力矩作用时，可以手动计算应力情况。手动计算虽然方法简单，但计算量大，不容易保证准确性。相比而言，有限元分析方法借助计算机，计算精度高，
且能保证准确性。另外，有限元法分析梁结构时，建模简单，施加应力和约束也相对容易，能分析梁结构应力状况的具体分布、最大变形量以及中性面位置，优势明显。以下介绍一种常见梁的受力状况，并采用有限元法进行静力分析，得出了与手动计算基本吻合的结论。以下为此次分析对象。
梁的截面形状为梯形截面，各个截面尺寸相同。两端受弯矩沿中性面发生弯曲，如图2-1所示。试利用ANSYS 软件对此梯形截面梁进行静力学分析，以获得沿梁AA 截面的应力分布情况。
2有限元模型的建立
2.1建立模型
首先进入ANSYS 中，采用自下而上的建模方式，创建梁结构有限元分析模型，同时定义模型的材料单元为Brick 8-node 45，弹性模量为200e9，泊松比为0.3。由于分析不需要定义实常数，因此可忽略提示，关闭Real Constants 菜单。
建立的切片模型如下：
r
θ
A
A
M
M
A -A 截面
D,B
C,A
5°
1#面
2#面
C
A B
D
2.2网格划分
显示边线，关闭背景。通过Meshtool工具对建立好的模型进行网格划分。首先设定网格划分参数，分别设置不同线条的网格划分参数后，采用六面体单元划分模型网格。在MeshTool菜单的Shape栏选择Hex选项。在MeshTool下拉列表框中确保选中Volumes，保证实体通过体单元划分。单击Mesh按钮后，单击拾取对话框中Pick All按钮。划分网格后的图形1所示：
图1 划分网格
2.3施加约束
对照实际受力情况，对1#面和2#面定义载荷和约束。首先定义1#面上关键点
A的约束，其次定义1#面的面约束，接着定义1#面上AB线的约束。对于2#面，采取的定义约束的方法则有所不同。由于v方向边界条件为空间函数，因此需要通过定义函数来定义约束。首先编辑函数，然后加载函数，最后在2＃面上定义函数边界。最后定义CD线上的约束。
2.4 施加载荷并求解
进入求解器，检查输入无误后，进行以下操作求解。
GUI: Main Menu >Solution >Solve >Current LS
2.5 查看分析结果
（1）查看等效应力
首先显示等效应力等值线图，如图2所示,从右视图上得知，最大等效应力为147MPa，出现在对称线的底部。
图2 等效应力等值线图
（2）查看环向应力
在ANSYS中，σθ表示柱坐标中的SY应力，所以要显示σθ，需要将当前坐标系转换到柱坐标。首先设置结果文件输出参数，以整体柱坐标系输出分析结果，然后在左侧列表中选择Stress，在右侧列表中选择Y-direction SY，单击OK按钮，得到环向应力等值线图，如图3所示。
图3 环向应力等值线图
（3）查看中性轴
中性轴的位置就是σθ值为零的位置，通过查看梁的中性轴可以简单判断分析结果是否合理。为了单独显示中性轴，首先调整一下显示色彩，操作如下：GUI: Utility Menu>PlotCtrls>Style>Contours>Uniform Contours 上述设置使应力为负和应力为正的区域以不同的色彩显示，即在0<σθ<200MPa 区域显示红色，在-200MPa<σθ<0区域显示蓝色，这两种颜色的相交处为中性轴，如图4所示。
有限元分析结果显示中性轴是弯曲的，这与《材料力学》中关于中性轴的假定相矛盾，考虑到经典理论与工程实际的差别，结果可以接受。