悬臂梁几何非线性分析入门实例

时间：2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：如图7-1所示，悬臂梁左端固定，右端受载荷15000N作用。材料为钢，弹性模量为210GPa，泊松比为0.3，求其大载荷作用下的变形和应力分布。单击“OK”按钮完成修改。图9-10 输入单位命令5.定义单元类型1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete”命令，弹出“Element Types”对话框，如图9-11所示。3）单击“Mesh Tool”对话框中的“Close”按钮关闭网格划分工具。

悬臂梁几何非线性分析入门实例

如图7-1所示，悬臂梁左端固定，右端受载荷15000N作用。材料为钢，弹性模量为210GPa，泊松比为0.3，求其大载荷作用下的变形和应力分布。

图9-6 悬臂梁

操作步骤

1.启动ANSYS14.5

双击桌面上的“Mechanical APDLProduct Launcher”图标，弹出“ANSYS配置”窗口，在“Simulation Environment”选择“ANSYS”，在“license”选择“ANSYS Multiphysics”，然后指定合适的工作目录，单击“Run”按钮，进入ANSYS用户界面。

2.指定工程名和分析标题

1）选择“Utility Menu＞File＞Change Jobname”命令，弹出“Change Jobname”对话框，修改工程名称为“beam”，如图9-7所示。单击“OK”按钮完成修改。

2）选择“Utility Menu＞File＞Change Title”命令，弹出“Change Title”对话框，修改标题为“Nonliear analysis of cantilever beam”，如图9-8所示。单击“OK”按钮完成修改。

图9-7 “Change Jobname”对话框

图9-8 “Change Title”对话框

3）选择“Utility Menu＞Plot＞Replot”命令，指定的标题“Nonliear analysis of cantilever beam”显示在窗口的左下方。

3.指定分析类型

选择“Main Menu＞Preference”命令，弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框，勾选“Structural”选项，如图9-9所示。单击“OK”按钮确认。

图9-9 “Preferences for GUI Filtering”对话框

4.定义单位

在ANSYS软件的主界面命令输入窗口中，输入“/UNIT，SI”，如图9-10所示。然后单击“Enter”键确认。

图9-10 输入单位命令

5.定义单元类型

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete”命令，弹出“Element Types”对话框，如图9-11所示。

2）单击“Add…”按钮，弹出“Library of Element Types”对话框，在左边的列表中选择“Solid”选项，即选择实体单元类型，然后在右边列表中选择“Brick 8node 185”单元，如图9-12所示。单击“Library of Element Types”对话框的“OK”按钮，返回“Element Types”对话框。

3）单击“Close”按钮关闭“Element Types”对话框，结束单元类型的添加。

图9-11 “Element Types”对话框

图9-12 “Library of Element Types”对话框

6.定义材料属性

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Materials Props＞Material Models”命令，弹出“Define Material Model Behavior”对话框，如图9-13所示。

2）在图9-13右侧列表中选择“Structural＞Linear＞Elastic＞Isotropic”，弹出“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框，如图9-14所示，在“EX”文本框中输入2.1e9，在“PRXY”文本框中输入0.3，单击“OK”按钮返回。

图9-13 “Define Material Model Behavior”对话框

图9-14 “Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框

3）在“Define Material Model Behavior”对话框中选择“Material＞Exit”命令，退出材料属性窗口，完成材料模型属性的定义。

7.建立分析模型

选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Block＞By Dimensions”命令，弹出“Create Block by Dimensions”对话框，在“X-coordinates”“Y-coordinates”和“Z-coordinates”文本框中输入角点的X、Y、Z坐标分别为（0，0，0）、（0.35，0.02，0.05），单击“OK”按钮创建长方体，如图9-15所示。

8.划分网格

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Tool”命令，弹出“Mesh Tool”对话框，单击“Global”后的“Set”按钮，弹出“Global Element Sizes”对话框，在“Elementedge length”文本框中输入0.005，单击“OK”按钮完成，如图9-16所示。

2）在网格工具中选择分网对象为“Volumes”，网格形状Shape为“Hex/Wedge”，选择分网形式为“Sweep”，然后单击“Sweep”按钮，拾取创建长方体，单击“OK”按钮生成网格，如图9-17所示。

3）单击“Mesh Tool”对话框中的“Close”按钮关闭网格划分工具。

图9-15 通过对角点生成长方体

图9-16 设置单元尺寸

图9-17 生成扫掠网格

9.设置分析类型和求解控制选项(www.xing528.com)

1）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞New Analysis”命令，弹出“New Analysis”对话框，选中“Static”选项，如图9-18所示。单击“OK”按钮确认。

2）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框，在“Analysis Options”下拉列表中选择“Large Displacement Static”，设置“Automatic time stepping”为“On”，在“Number of substeps”文本框中输入100，在“Max.no.of substeps”文本框中输入1000，在“Min no.of substeps”文本框中输入1，在“Frequency”下拉列表中选择“Write every substep”选项，如图9-19所示。单击“OK”按钮确认。

图9-18 “New Analysis”对话框

图9-19 设置求解控制选项

10.施加边界条件和载荷

1）选择“Utility Menu＞Select＞Entities”命令，弹出“Select Entities”对话框，选择拾取对象为“Lines”，拾取方式为“By Num/Pick”，单击“Apply”按钮，拾取图9-20所示的线，单击“OK”按钮完成拾取，然后单击“Plot”按钮显示所选中的线，如图9-20所示。

图9-20 通过位置选取

2）在“Select Entities”对话框中选择拾取对象为“Nodes”，拾取方式为“Attached to”，选中“Lines，all”选项，单击“Apply”按钮，选择线上所有节点，然后单击“Plot”按钮显示所选中的节点，如图9-21所示。

图9-21 选择节点

3）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Force/Moment＞On Nodes”命令，弹出实体选取对话框，单击“Pick All”按钮选择当前选择集的所有节点，弹出“Apply F/M on Nodes”对话框，在“Direction of force/mom”下拉列表中选择“FY”，在“Force/moment value”文本框中输入数值−1500，单击“OK”按钮施加力载荷，如图9-22所示。

图9-22 在节点上施加力载荷

4）选择“Utility Menu＞Select＞Everything”命令，选取所有图元、单元和节点。

5）选择“Utility Menu＞Plot＞Element”命令，在图形中只显示单元、位移及施加的外载荷。

6）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Areas”命令，弹出实体选取对话框，选择左侧端面，单击“OK”按钮，弹出“Apply U，ROT on Areas”对话框，在“DOFs to be constrained”列表框中选择“All DOF”约束类型，在“Displacement value”文本框中输入数值0，单击“OK”按钮完成约束，如图9-23所示。