实例3 平面框架结构的有限元分析

三梁平面框架结构的有限元分析
如图框架结构，顶端受均布力作用，各个截面的参数都为：E =3.0 ×1011 Pa ，
I =6.5 ×10−7 m 4 ，A =6.8 ×10−4 m 2
1 基于图形界面(GUI)的交互式操作
(1) 进入A NSYS(设定工作目录和工作文件)
程序→ANSYS →ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname(设置工作
文件名): beam3→Run →OK
(2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu: Preferences… →Structural →OK
(3) 选择单元类型
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delet e… →Add… →beam：2D elastic 3OK (返回到E lement Types 窗口) →Close
(4) 定义材料参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic
→Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) →OK →鼠标点击该窗口右上角的“U”来关闭该窗口
(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1 Beam3→OK
→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close
(6) 生成几何模
型生成节点
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→In Active CS→Node
number 1 →
X:0,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 2 →X:1.44,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 3 →X:0,Y:0,Z:0→
Apply→Node number 4 →X:1.44,Y:0,Z:0→OK
生成单元
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Element →Auto Numbered →Thru Nodes →选择节点1、2(生成单元1)→apply →选择节点1、3(生成单元2)→apply →选择节点2、4(生成单元3)→OK
(7) 模型施加约束和外
载左边加X方向的
受力
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes
→选择节点1→apply →Direction of force: FX →V ALUE：3000 →OK→
上方施加Y方向的均布载荷
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Beams →选取
单元1(节点1和节点2之间)→apply →V ALI：4167→V ALJ：4167→OK
左、右下角节点加约束
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Nodes →选取节点3和节点4→Apply →Lab:ALL DOF →OK
(8) 分析计算
ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK →Should The Solve Command be
Executed? Y→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口
(9) 结果显示
ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape … →Def + Undeformed →
OK (返回到P lot Results)
(10) 退出系统
ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK
(11) 计算结果的验证
与M A TLAB 支反力计算结果一致。

（2）命令流方式
/ PREP7 !进入前处理
ET,1,beam3 !选择单元类型
R,1,6.5e-7,6.8e-4 !给出实常数(横截面积、惯性矩)
MP,EX,1,3e11 !给出材料的弹性模量
N,1,0,0.96,0 !生成4个节点,坐标(0,0.96,0)，以下类似
N,2,1.44,0.96,0
N,3,0,0,0
N,4,1.44,0,0
E,1,2 !生成单元(连接1号节点和2号节点) ，以下类似E,1,3
E,2,4
D,3,ALL !将3号节点的位移全部固定
D,4,ALL !将4号节点的位移全部固定
F,1,FX,3000 !在1 号节点处施加x 方向的力(3000)
SFBEAM,1,1,PRESS,4167 !施加均布压力
FINISH !结束前处理状态
/SOLU !进入求解模块
SOLVE !求解
FINISH !结束求解状态
/POST1 !进入后处理
PLDISP,1 !显示变形状
况FINISH !结束后处理
/prep7 !进入前处理
/PLOPTS,DA TE,0 !设置不显示日期和时间
!=====设置单元和材料
ET,1,BEAM3!定义单元类型
R,1,2.19E-3,3.83e-6, , , , , !定义1号实常数用于顶梁侧梁R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0, !定义2号实常数用于弦杆
有限元分析基础教程曾攀R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0, !定义3号实常数用于底梁
MP,EX,1,2.1E11 !定义材料弹性模量
MP,PRXY,1,0.30 !定义材料泊松比
MP,DENS,1,,7800 !定义材料密度
!-----定义几何关键点
K,1,0,0,, $ K,2,4,0,, $ K,3,8,0,, $K,4,12,0,, $K,5,16,0,, $K,6,20,0,, $K,7,24,0,, $K,8,28,0,, $K,9,32,0,, $K,10,4,5.5,, $K,11,8,5.5,, $K,12,12,5.5,, $K,13,16,5.5,, $K,14,20,5.5,, $K,15,24,5.5,, $K,16,28,5.5,,
!-----通过几何点生成桥底梁的线
L,1,2 $L,2,3 $L,3,4 $L,4,5 $L,5,6 $L,6,7 $L,7,8 $L,8,9
!------生成桥顶梁和侧梁的线
L,9,16 $L,15,16 $L,14,15 $L,13,14 $L,12,13 $L,11,12 $L,10,11 $L,1,10
!------生成桥身弦杆的线
L,2,10 $L,3,10 $L,3,11 $L,4,11 $L,4,12 $L,4,13 $L,5,13 $L,6,13 $L,6,14 $L,6,15 $L,7,15 $L,7,16 $L,8,16
!------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性
LSEL,S,,,9,16,1,
LA TT,1,1,1,,,,
!-----选择桥身弦杆指定单元属性
LSEL,S,,,17,29,1,
LA TT,1,2,1,,,,
!-----选择桥底梁指定单元属性
LSEL,S,,,1,8,1,
LA TT,1,3,1,,,,
!------划分网格
AllSEL,all!再恢复选择所有对象
LESIZE,all,,,1,,,,,1 !对所有对象进行单元划分前的分段设置
LMESH,all !对所有几何线进行单元划分
!=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解
/solu
NSEL,S,LOC,X,0 !根据几何位置选择节点
D,all,,,,,,ALL,,,,, !对所选择的节点施加位移约束
AllSEL,all !再恢复选择所有对象
NSEL,S,LOC,X,32 !根据几何位置选择节点
D,all,,,,,,,UY,,,, !对所选择的节点施加位移约束
ALLSEL,all !再恢复选择所有对象
!------基于几何关键点施加载荷
$FK,5,FY,-10000
FK,4,FY,-5000
$FK,6,FY,-5000
/replot !重画图形
Allsel,all !选择所有信息(包括所有节点，单元，载荷等)
solve !求解
!=====进入一般的后处理模块
/post1 !后处理
有限元分析基础教程曾攀PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !显示Y方向位移
PLNSOL, U,X, 0,1.0 !显示X方向位移
!------显示线单元轴力------
ETABLE,bar_I,SMISC, 1
ETABLE,bar_J,SMISC, 1
PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1!画出轴力图
finish !结束。