Romax 箱体有限元应力分析图解流程
连续钢箱梁桥有限元模型的建立及施工阶段应力分析
连续钢箱梁桥有限元模型的建立及施工阶段应力分析根据X大桥实例，运用有限元软件ANSYS建立西岸水中引桥施工阶段相应工况的精细模型和杆系模型，并对本桥梁施工阶段进行应力分析。
标签：有限元模型；连续钢箱梁桥；应力分析1 工程简介X大桥西岸水中引桥结构形式为等高组合连续箱形梁桥。
桥梁全长480m，计算跨径为79.1m+480m+78.1m，双幅布置，道路平曲线为半径的圆弧。
单箱单室断面，单幅桥宽17m，中央隔离带0.5m，梁高4m，桥面设置2%的横坡。
钢梁为开口槽形截面，顶板板厚20mm-65mm，宽 1.2m；腹板厚度16mm-35mm，曲线内外侧腹板斜率分别为1：2.069和1：2.183；底板板厚14mm-30mm，宽6.6m。
根据板厚以及长度的不同，全桥钢梁共分18种类型。
腹板水平加劲肋采用板式，纵向间断布置，腹板竖向加劲肋采用T型，仅在支点附近布置；底板纵向加劲肋采用板式，沿桥梁纵向连续布置。
在钢梁内部设置横向联结系，全桥包括析架式和隔板式两种类型，除支点位置采用隔板式横向联结系，其余位置均采用析架式。
析架式横向联结系的标准间距为4m，由腹板、底板横向加劲肋、顶板横梁、型钢撑杆组成。
2 有限元模型建立2.1 精细模型运用有限元软件ANSYS建立西岸水中引桥施工阶段相应工况的精细模型。
钢梁顶板、腹板、加劲肋及横向联结系采用she1163单元，网格划分为四边形。
梁底混凝土采用solid45单元，网格划分为四面体。
网格划分边长控制在30cm 以内，保证有限元计算结果的准确性。
全桥钢梁节段类型共18种。
在钢梁处于顶推阶段的最大悬臂状态时，有限元模型为板壳元模型。
就钢梁而言，同时承受着自重荷载及前段导梁的作用。
为了简化模型，将导梁作为集中荷载施加在钢梁前端截面上，竖向力F=-1095.4kN、弯矩M=-21688.9kN、扭矩T=-1.75kN}m。
模型约束条件为，在曲线内外侧顶推设备处，约束竖向平动自由度，沿曲线径向平动自由度。
有限元分析 均布荷载作用下深梁的变形和应力
有限元分析上级报告学院：专业：姓名：班级：学号：均布荷载作用下深梁的变形和应力两端简支，长度l=5m，高度h=1m的深梁，在均布荷载q =5000N/m作用下发生平面弯曲（如图4.1所示）。
已知弹性模量为30Gpa，泊松比为0.3，试利用平面应力单元PLANE82，确定跨中的最大挠度，和上下边缘的最大拉压应力。
4.1 均布荷载作用下深梁计算模型1．理论解具有两个简支支座支承的简支梁，它的变形和应力分布在理论上是没有解析表达式。
在一般的弹性力学教科书中，只有将两边支座简化为等效力的条件，即在两个支座的侧表面上作用有均匀分布的剪力情况，才可以得到理论解答。
(1) 设定应力函数。
获得这种情况下的解答的主要思路是：按照应力解法，考虑到应力分量关于该梁中心位置（x=2.5，y=0.5）有对称和反对称关系。
可以首先假定一个应力函数为：Φ = A(y - 0.5)5+ B(x - 2.5)2 (y -0.5)3 +C(y -0.5)3+ D(x- 2.5)2+ E(x -2.5)2 (y - 0.5) (4.1)依据这个应力函数，可以获得各个应力分量，按照上表面受均布压力作用简支梁的上下表面和左右侧表面的应力边界条件，确定出应力函数（4.1）中的各个待定系数A，B，C，D和E。
按照应力求解平面应力问题方法，应力函数应该满足双调和函数：∇2∇2Φ = 0 (4.2)将（4.1）应力函数代入上式后，得到：24 B( y - 0.5) +120A(y - 0.5) = 0 (4.3)即：B = -5A (4.4)(2)确定应力分量。
应力函数与应力分量之间的关系为：(3) 利用梁的上下表面边界条件确定积分常数。
上表面受均布压力作用简支梁的上表面（y=h=1m）的应力边界条件:下表面(y=0)的应力边界条件:(5) 将梁的左右端面边界条件降低为积分满足。
考察边界条件（4.13）到（4.16），可以看出，无法找到能满足两端侧表面的所有应力边界条件的待定系数。
ProEMechanica有限元分析入门教程
ProEMechanica有限元分析⼊门教程Pro/E Mechanica有限元分析⼊门教程⼀、进⾏Mechanica分析的步骤：1)建⽴⼏何模型:在Pro/ENGINEER中创建⼏何模型。
2)识别模型类型:将⼏何模型由Pro/ENGINEER导⼊Pro/MECHANICA中，此步需要⽤户确定模型的类型，默认的模型类型是实体模型。
我们为了减⼩模型规模、提⾼计算速度，⼀般⽤⾯的形式建模。
3)定义模型的材料属性。
包括材料、密度、弹性模量、泊松⽐等。
4)定义模型的约束。
5)定义模型的载荷。
6)有限元⽹格的划分：由Pro/MECHANICA中的Auto GEM(⾃动⽹格划分器)⼯具完成有限元⽹格的⾃动划分。
7)定义分析任务，运⾏分析。
8)根据设计变量计算需要的项⽬。
9)图形显⽰计算结果。
⼆、下⾯将上述每⼀步进⾏详解：1、在Pro/ENGINEER模块中完成结构⼏何模型后，单击“应⽤程序”→“Mechanica”,弹出下图所⽰窗⼝，点击Continue继续。
弹出下图，启⽤Mechanica Structure。
⼀定要记住不要勾选有限元模式前⾯的复选框，最后确定。
2、添加材料属性单击“材料”，进⼊下图对话框，选取“More”进⼊材料库，选取材料Name---------为材料的名称；References-----参照Part（Components）-----零件/组件/元件V olumes-------------------体积/容积/容量；Properties-------属性Material-----材料；点选后⾯的More就可以选择材料的类型Material Orientation------材料⽅向，⾦属材料或许不具有⽅向性，但是某些复合材料是纤维就具有⽅向性，可以根据需要进⾏设置⽅向及其转⾓。
点选OK，材料分配结束。
3、定义约束1）：位移约束点击，出现下图所⽰对话框，Name 约束名称Number of Set 约束集名称，点击New可以新建约束集的名称。
有限元基础及分析步骤课件
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注意
• 为了最大程度地减小由于误操作引起的文件覆盖等，应 培养以下习惯：
1) 针对每个分析项目，设置单独的子目录； 2) 每求解一个新问题使用不同的 工作文件名. 在AYSYS启动对话框 中设置工作文件名. • ANSYS的Output文件在交互操作中并不自动被写出，在交互操作 中，您必须用Utility Menu: File > Switch Output to > File把 output写到一个文件中. • 分析完成后，您必须保存如下ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件: log 文件 ( .log), 数据库文件 ( .db), 结果文件 ( .rst, .rth等), 载荷步文件 (.s01, .s02, ...), 输出文件 ( .out), 物理环境文件 (.ph1, .ph2, ...). • 注意 log 文件只添加，不会覆盖.
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2-4d. 怎样利用存储和恢复数据库，从错误操作 中恢复.
存储和恢复操作可在工 具条中方便地调用.
ANSYS提供数据库文件备份。 选择 “Files > Resume from,‖ 然后选择 jobname.dbb ，恢复到上一次存储的 数据库.
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有关存储与恢复操作的提示
• 必须选择一个存储命令，将数据库保存到文件中. • 建议在分析过程中，隔一段时间存储一次数据库文件. • 在进行不清除后果的（例如划分网格）或会造成重大 影响的（例如删除操作）操作以前，最好先存储一下 数据库文件. • 如果在进行一个操作以前刚刚存储完数据库，您可以 选择工具条中的RESUME_DB，进行 “undo‖。
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如果没有对网格进行任何控制，ANSYS将使用 缺省设置: • 自由网格划分，即四边形网格划分 (2-D 模型) ，其中可能包含少量三角形. • 单元尺寸由ANSYS确定 (通常是比较合理的). • 单元属性为：类型为1,材料为1,实常数为1.
有限元应力分析
镜面对称 位移分量
x
y
应力分量
对称性
周期性
v=0
对称性要求几何、载荷、约束条件都对称。 反对称性要求几何对称，而载荷、约束条件反对称
结构对称、载荷反对称
u=0
x
三、有限元建模
轴对称是对同一个轴而言的。
z
三、有限元建模
轴对称问题的工程实例。 轴对称问题 前后对称 内压筒体 裙座容器
y
非轴对称问题 塔器受风载 鞍座容器 内压三通 受管推力的容器
球顶开孔接管 左右对称 带小接管内压容器
x
若支管很小，可认为上下也对称
2005年8月28日11
三、有限元建模
2、单元类型的选择
● 杆元：受拉压，用于桁架。 梁元：受弯曲，用于梁弯曲问题。 杆梁元：受拉压弯扭，用于刚架等一般情况 ● 平面应力、平面应变、轴对称 多用四边元，少用三角元，尽量不用退化三角元 常用线性元。二次元精度好，网格约放大一倍， 总计算量稍偏大，适用于曲边情况 ● 板壳元只有薄膜应力和弯曲应力，不能算峰值应力 膜元、板元、壳元的区别
2005年8月28日11
一、引言
应力分析的三种方法
解析解：精确、规范基础，只有典型解例。 实验应力分析：真实，费用高。 数值(有限元)分析：灵活、高效、经济，防止出错 概念直观、容易掌握 方法统一、适用范围广 计算机求解线性代数方程组，效率很高
有限元应力分析
清华大学航天航空学院 陆明万
最佳组合
解析解+规范：初步设计 有限元分析：分析设计、方案优化 实验应力分析：最终校核
三、有限元建模
● 板壳元与实体元连接： 按直法线（平面）假设加约束方程
实体单元 梁单元
按直法线假设加约束方程
Romax培训——有限元箱体应力分析
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详细建模步骤（3 详细建模步骤（3） 与轴承中心点连接
选中“Display 选中“Display all connected nodes”点击Estimate all，系统 nodes”点击Estimate all，系统 将自动按照默认参数选择箱体邻近轴承外圈范围内的节点 与轴承中心点连接。五个轴承连接上，一个需要手动连接。
恒润科技公司
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详细建模步骤（5 详细建模步骤（5） 箱体应力变形计算显示
约几分钟的计算之后可以完成静态分析 计算时间取决于用户计算机的计算能力以及有限元 模型的复杂程度 可查看变形云图、应力云图等 也可以把分析结果保存起来
恒润科技公司
该界面表明缩聚成功，无错误也无警告 点“关闭”即可
恒润科技公司4） 检查箱体缩聚后的刚度矩阵
缩聚计算结束后，点击proprity－>stiffness data－>test 缩聚计算结束后，点击proprity－ data－ stiffness data。 data。
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详细建模步骤（3 详细建模步骤（3） 与轴承中心点连接
点击主菜单 Connect with nodes，将轴承中心点与箱 nodes，将轴承中心点与箱 体有限元模型连接，下图提示有六个轴承中心点没 有连接。点击“关闭”
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详细建模步骤（2 详细建模步骤（2） 新建齿轮箱箱体数据
有限元分析中如何获得精确的应力解答
有限元分析中如何获得精确的应力解答在强度分析中，除了避免应力奇异问题外，分析人员更关心的问题是应力集中。
为了能够在分析中捕捉到应力集中，提高应力解答的精度，可以通过使用加密网格、应用子模型技术以及收敛性工具等方法。
1.单元选择与网格划分的相关考虑（1）单元的选择对于ANSYS结构分析而言，由于所有的单元均为位移元，即以位移自由度解为基本解，求得单元的节点位移向量后，乘以应变矩阵得到单元积分点上的应变，进而可以通过物理方程计算积分点处的应力。
因此应力相对于位移来说是导出解，其精度不及位移。
一般来说，提高应力解答的精度，一般可以通过加密低阶单元或提高单元阶次这两种方式来实现。
对于线性单元，在单元的边上位移为线性分布，应力则为常数，在应力集中处必须进行加密才能保证应力解答的正确性。
二次单元与线性单元相比，在网格尺寸相当的情况下能够给出更高的应力精度，而且可以避免在模拟弯曲变形中的剪切锁闭问题，因此建议在对更加关注应力结果的分析中优先选用高阶单元。
在ANSYSWorkbench结构分析中，缺省采用SOLID186以及SOLID187这些二次单元划分实体部件，这两种高阶单元经过检验可以获得比线性单元更高的应力精度，特别是10节点的四面体二次单元SOLID187，具有精度高以及适应复杂几何形状的特点，在结构分析中应用广泛。
此外，在结构的塑性分析中，也应优先选用二次单元。
（2）网格划分的相关考虑大量计算实例表明，采用二次单元划分的六面体网格和四面体网格在加密后都能给出满意的解答，为了得到应力集中区域的准确应力分布，需要进行适当的网格加密措施，具体操作时，可通过ANSYSMesh提供的总体及局部控制措施进行网格的加密设置。
①总体控制选项总体控制选项通过Mesh分支的Details设置实现。
ElementSize选项用于指定整体模型的网格尺寸。
Sizing部分提供了一些考虑几何特征的网格尺寸选项。
②局部控制选项局部尺寸选项可通过Mesh分支的右键菜单Insert>Sizing加入。
有限元分析过程概要ppt
有限元分析过程概要
4、有限元分析的特点
有限元分析的最大特点就是标准化 规范化 标准化和规范化 标准化 规范化，这种特点使得大规模分 析和计算成为可能，当采用了现代化的计算机以及所编制的软件作为实现 平台时，则复杂工程问题的大规模分析成为可能。 实现有限元分析标准化和规范化的载体就是单元 单元，这就需要我们构建 单元 起各种各样的具有代表性的单元，一旦有了这些单元，就好像建筑施工中 有了一些标准的预制构件(如梁、楼板等)，可以按设计要求搭建出各种各 样的复杂结构，如图2-11所示
同时根据作用力与反作用力的关系，有
，进而有：
有限元分析过程概要
对于等截面杆受拉伸的情况，杆件①、 ②的应力分别为：
由虎克定律(Hooke law)得杆件①、②的应变分别为：
有限元分析过程概要
杆件①、②的相对伸长量分别为
由于左端A为固定，则该点沿x方向的位移为零，而B点的位移 则为杆件①的伸长量，C点的位移为杆件①和②的总伸长量， 则归纳为以上结果，有完整的解答：
有限元分析过程概要
将节点A、B、C的平衡关系写成一个方程组，有
矩 阵 形 式
(3-1)
有限元分析过程概要
将材料弹性模量和结构尺寸代入方程中，有以下方程
由于左端点为固定，即 解该方程，有
，该方程的未知量为
，求
有限元分析过程概要
下面就很容易求解出杆①和②中的其它力学量，即
可见通过这种方法得到的结果与材料力学方法完全一致
有限元分析过程概要
1、有限元分析的目的和概念 、
(1)位移 位移(displacement):构件中因承载在任意位置上所引起的移动； 位移 (2)应变 应变(strain):构件中因承载在任意位置上所引起的变形状态； 应变 (3)应力 应力(stress):构件中因承载在任意位置上所引起的受力状态； 应力 有限元分析的目的： 有限元分析的目的：针对具有任意复杂几何形状变形体，完整获 取在复杂外力作用下它内部的准确力学信息，即求取该变形体的 三类力学信息(位移、应变、应力)。从而进行强度(strength)、刚 度(stiffness)等方面的评判，优化设计方案。
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Romax 箱体有限元应力分析图解流程
主要分析流程
1.读入箱体的有限元模型；
2.将有限元模型与轴承中心点进行连接；
3.执行连接后的有限元模型的缩聚；
4.读入缩聚后的刚度矩阵；
5.执行箱体的应力和变形的计算；
具体步骤：
添加齿轮箱箱体模型；
提示你是否已经有刚度矩阵？如果没有则需要新建，此处因为是新建，因此选择“否”。
会列出所有滚动轴承，需要你从中选择哪些是架设在箱体上的。
选择完点击确定之后，界面显示如下：
点击主菜单Properties中import FE data，读入事先已经准备好的箱体有限元模型（该文件在培训文件中可以找到S03-2_S11-1_1 Transaxle Casing.DAT）
选择匹配的单位制
读入的箱体有限元模型，需要作平移、旋转等操作，和Romax的齿轮传动系统模型匹配。
点击主菜单Connect with nodes，将轴承中心点与箱体有限元模型连接，下图提示有六个轴承中心点没有连接。
初次打开节点连接界面；
点击Estimate all，系统将自动按照默认参数选择箱体邻近轴承外圈范围内的节点与轴承中心点连接，如鼠标所选，显示所有已经连接好的节点。
仍然有三个轴承没有连接好（图中所示为stiffness node1），需要手动连接。
点击Edit Parameters，将默认的Tolerance由1e－2调整为6e－2。
放大搜索范围。
点击Estimate，如果没有节点显示连接，则需要继续调整以使得出现如下图所示连接节点提示。
点选Stiffness nodes下拉列表框，选择所有其他节点，调整tolerance，使得所有节点都连接完毕，如下图所示。
连接完后，点击主菜单Analysis，点击Condense FE model
点击ok
输入保存的文件名
将跳出下图所示界面，显示软件将调用Romax FE Solver来运行求解模型的缩聚。
几分钟之后，计算完毕，计算得到刚度矩阵，点击主菜单Properties下Stifness Data 菜单中import Stiffness matrix，从中选择Romax FE solver选项，
选择对应相同文件名的输出结果文件，点击ok，读入刚度矩阵；
之后点击主菜单Analysis下的Static Deflection of FE model，将弹出如下图所示的窗口。
选择1st Speed载荷工况，点击Solve，将执行求解过程。
注意，此时最好选择系统变形计算完毕的载荷工况，因为系统变形计算将提供箱体变形计算的
力的边界条件。
约几分钟的计算之后（计算时间取决于用户计算机的计算能力以及有限元模型的复杂程度），点击Load，读入同名的结果文件，读入结果，如下图所示。