《静力学分析》PPT课件.ppt

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1、第9章静力学分析本章将系统的介绍结构静力学分析的内容，包括线性静力学问题中各种类型的工程实例，如平面应力、应变问题，轴对称问题，以及梁、桁架、壳等模型的分析问题，通过这些实例进行具体的分析求解，让读者能熟悉静力学中各种模型的分析思路和求解方法，并掌握ANSYS分析静力学问题的基本步骤。此外，在本章的最后，通过一个实例对非线性静力学问题中接触分析问题的分析求解，使读者能对非线性静力问题的求解有一定的了解。9.1静力学分析简介静力学主要研究物体在力系作用下的平衡规律。静力学里关于力的合成、分解与力系简化的研究结果，可以直接应用于动力学。因此静力学在

2、工程技术中具有重要的实用意义。本节主要介绍静力学分析的定义、处理的载荷类型、静力学分析的类型以及静力学一般问题的基本分析步骤。9.1.1静力学分析类型静力分析是用来计算结构在固定不变载荷作用下的响应，如位移、应力、应变等，也就是探讨结构受到外力后变形、应力、应变的大小。与固定不变的载荷对应，结构静力分析中结构的响应也是固定不变的。静力分析中固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。一般来讲，静力分析所处理的载荷通常包括位移载荷（如支座位移等）；稳定的惯性力（重力和离心力等）；外部施加的作用力(集中力、面力和体力

3、)；温度载荷（对于温度应变）；能流载荷（对于核能膨胀）。9.1.2静力学分析步骤基于ANSYS进行静力分析的基本步骤与ANSYS典型分析的过程相同，一般包括建模、加载求解和检查分析结果等3个基本步骤。1．建模2．加载求解3．检查分析结果9.2平面应力问题分析平面应力假设适用于沿一坐标轴方向的尺寸非常小的物体（即呈平板状）。设有一平面加载的薄板，如图所示。沿薄板周围边界作用着平行于板平面并沿厚度方向均匀分布的载荷，在板的前后表面没有外力作用，因此在板的表面，应有：9.2.1问题描述一块带孔的钢板，其几何尺寸如图所示，钢板的厚度为10mm，钢板在两

4、个小圆处完全固定，在大圆的下端作用有集中力F，其大小为1500N，分析钢板的应力分析。钢的杨氏模量为200000N/mm2，泊松比为0.3。9.2.2问题分析由钢板的几何形状、约束条件和受力条件，根据弹性力学的相关理论，我们知道钢板的受力状态为平面应力状态，本例题的主要目的就是说明怎样在ANSYS中解答弹性力学的平面应力问题。9.2.3求解过程和分析结果包括建立工作文件名和工作标题、创建实体模型、定义单元类型、定义单元类型、定义几何常数、定义材料属性、划分网格、加载求解、查看求解结果等过程。1．建立工作文件名和工作标题2．创建实体模型3．定义单

5、元类型4．定义几何常数5．定义材料属性6．划分网格7．加载求解8．查看求解结果9.3平面应变问题分析平面应变假设适用于纵向几何尺寸和载荷变化不大的狭长物体，如图所示。受力体的纵向z尺寸远大于横向截面xy尺寸，且在柱面上作用着平行于横截面并沿纵轴z均匀分布的载荷。在此情况下，可以认为受力体只有x及y方向的位移，且与坐标z无关。因此，而、、都平行于xy平面，即为平面应变问题。9.3.1问题描述如图所示为一水坝示意图，其结构尺寸如图所示。坝体为混凝土浇筑，水面高度为45mm，坝体挡水面受静水压力作用。试分析坝体在重力和水压力作用下的承载状态。坝体材料

6、弹模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为2500kg/m3。9.3.2问题分析该问题属于线性静力学问题。由于水坝的跨度远大于其他方向上的尺寸，因此在分析过程中可以用平面应变假设进行求解。9.3.3求解过程和分析结果包括建立工作文件名和工作标题、创建实体模型、定义单元类型、定义单元类型、定义几何常数、定义材料属性、划分网格、加载求解、查看求解结果等过程。1．建立工作文件名和工作标题2．确定分析类型3．定义单元类型4．定义材料属性5．创建几何模型6．网格划分7．加载求解8．查看分析结果9.4轴对称问题分析本节讨论轴对称问题的有限元分析。轴对称问

7、题指的是受力体的几何形状、约束状态、受力情况，以及其他外在因素都对称于某一根轴，也就是说过这根轴的任何一个平面都是该受力体的对称面。此外，轴对称受力体的所有位移、应力、应变都是对称于这根轴的。9.4.1问题描述有一材料为钢的轴类零件，其结构如图所示，两端受50MPa的面载荷作用。已知钢的弹性模量是200GPa，泊松比为0.3，试分析该零件内部的应力分布情况。9.4.2问题分析该问题属于线性静力学问题。受力体的几何形状、约束状态、受力情况，以及其他外在因素都对称于某一根轴，也就是说过这根轴的任何一个平面都是该受力体的对称面。此外，轴对称受力体的所

8、有位移、应力、应变都是对称于这根轴的。由于该试样是一轴对称受力体，因此可以根据轴的对称性，取其对称面建立有限元分析模型。模型必须在总体坐标系XOY平面