有限元 ansys 的实例分析.doc

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1、玻璃平面舞台的受力有限元分析1工程介绍某露天大型玻璃平面舞台的钢结构如图1所示，每个分格（图2中每个最小的矩形即为一个分格）x方向尺寸为1m，y方向尺寸为1m；分格的列数（x向分格）=0×10+5+5=10，分格的行数（y向分格）=1+4=5，列数为10，行数为5。钢结构的主梁为高160宽100厚14的方钢管；次梁为直径60厚10的圆钢管（单位为毫米），材料均为碳素结构钢Q235；该结构固定支撑点位于左右两端主梁和最中间（如不是正处于X方向正中间，偏X坐标小处布置）的次梁的两端。玻璃采用四点支撑与钢结构连接（采用四点支撑表

2、明垂直作用于玻璃平面的面载荷将传递作用于玻璃所在钢结构分格四周的节点处，表现为点载荷；对在垂直于玻璃平面方向的4的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷（人员与演出器械载荷、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析（每分格面载荷对于每一支撑点的载荷可等效于1的点载荷）。2有限元分析本次建模采用Solidworks2009进行，有限元分析采用workbench13.0软件进行。问题描述：固定支撑点位于左右两端主梁和最中间的次梁的两端，共6个节点。而对在垂直于玻璃平面方向的4的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷（人员与演出

3、器械载荷、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析（每分格面载荷对于每一支撑点的载荷可等效于1的点载荷）。共个节点，分析时，为了更加贴近实际情况，可以将每个节点看成是一个直径为70mm的圆面。舞台4个角点的4个节点相当于受压强为，而舞台周边的26个节点相当于受压强为，舞台中间的36个节点相当于受压强为。有限元参数的设定，最后分析：（1）该结构每个支座的支座反力；（2）该结构节点的最大位移及其所在位置；（3）对该结构中最危险单元进行强度校核。第7页共（8）页2.1建模采用solidworks进行建模，严格按照课题要求的尺寸进行建

4、模。下图1所示为玻璃平面舞台三维模型图，下图2所示玻璃平面舞台内部结构图。图1玻璃平面舞台三维模型图2玻璃平面舞台内部结构2.2导入模型由于Solidworks与Workbench通过数据接口可以进行可以进行图形数据交换使得数据共享。建成的玻璃平面舞台结构图保存为X_T格式文件，在Workbench中执行Geometry>ReplaceGeometry>Browse，选择将X_T文件导入软件workbench中，Geometry中可见玻璃平面舞台的三维模型，如下图3所示为导入后的三维模型。第7页共（8）页图3Workben

5、ch中的三维模型2.3定义材料属性由于该结构材料均为碳素结构钢Q235，则软件中的杨氏模量设置为210GPa，泊松比设置为0.3，如下图4所示。图4材料的属性2.4划分网格本结构采用PatchConformingMethod四面体的网格，ElementSize（单元的尺寸）设置为100mm，划分后，得出节点数为161856单元数为83286如图5所示，划分后的结果如图6所示。图5节点数和单元数第7页共（8）页图6划分网格2.5施加约束和载荷对位于左右两端主梁和最中间的次梁的两端，共6个节点施加FixedSupport约束，

6、对舞台4个角点的4个节点施加的压强，对舞台周边的26个节点施加的压强，对舞台中间的36个节点施加的压强。结果如下图7所示。图7施加约束和载荷2.6求解及分析点击Solve按钮，可以求解。（1）各支座反力第7页共（8）页得出各个支座反力分别为97317N，57417N，95821N，96199N,57372N,97272N，具体大小方向如下图8所示。节点1节点2节点3第7页共（8）页节点4节点5节点6图8各节点的支座反力第7页共（8）页（2）应变分布取TotalDeformation，得出应变分布如下图9所示。图9应变分布图

7、由图9的应变分布可知最大位移位于中间圆钢管的中点处，其最大位移为36.305mm。（3）应力分布Stress取Equivalentvon-Mises，得出应力分布如下图10所示。第7页共（8）页图10应力分布图由图10应力分布可知，最大应力分布在中间圆钢管和方钢管的连接处，且最大应力为，而材料是碳素结构钢Q235，其屈服极限是，那么，该舞台的最危险的杆件（中间圆钢管）无法满足强度要求，故不安全。3总结本文从工程实际的角度出发，用Solidworks建模导入Workbench中，分析出了各支座的支座反力，求解出了该结构节点最

8、大位移及所在位置，并校核了最危险的单元。第7页共（8）页