资源描述：
《利用ansys对木梁进行弹性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、利用ANSYS对木梁进行弹性分析1引言 木材是一种非常有效的建筑材料。然而一直以来,木材材性因不同树种和产地,其差别和离散性很大,对木材的研究多以试验为主。也正因为木材的特殊材性,这种材料的延性也很少被了解,理论分析及利用ANSYS有限元模拟的研究也很少见。本文以木梁为研究对象,利用通用有限元软件ANSYS对木梁进行了弹性分析,对木梁的设计有一定的指导作用。 2模型的建立 本文的木梁模型如图1所示，截面为40mm×80mm,长度是1520mm。加载位置及支座处用40mm×40mm×8mm钢片做垫块。 图1模型示意图 3有限元计算模型的建立
2、 木材和垫块均采用SOLID45单元。因为SOLID45单元是八节点三维实体单元,每一个节点具有三个自由度:x、y和z方向平移。单元的几何形状、结点位置和单元坐标系如图2所示。该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化以及大变形大应变和模拟各向异性等功能,所以本文木材单元采用SOLID45各向异性塑性材料实体单元。计算中,考虑垫块是为了防止应力集中。为防止应力集中和附加变形，如图2所示在支座处只约束垫块中线处y方向的位移,让垫块可以自由绕z轴旋转,减少垫块对木纤维多余的约束作用,模拟铰支座。 图2木材梁底座的约束 模型以及材料、单元定义完成后,开始
3、进行网格划分。在木梁和垫块不同单元交界的地方,必须保证不同单元间有共同节点以达到两者的节点变形协调,采用先划分体单元,然后将节点合并。用边界长度为20mm的单元来划分网格。划分单元后,每个单元都有自己的单元坐标系。由于木材属于正交异性材料,材性的确定与单元坐标系有关,只能通过局部坐标系定义单元坐标系的方向。先要定义一局部坐标系,然后通过局部坐标系来定义单元坐标系的方向。建成后的模型如图3所示。 图3木材梁的有限元模型 图4木梁顶部的载荷 4木梁的线弹性分析 图4给出了模型的载荷施加方式，其木材弹性特性见表1所示。垫块采用各向同性的线弹性材
4、料,为了防止应力集中,理论上应将垫块的弹性模量取为无限大,但实际分析中,如果垫块和木梁的弹性模量取值相差太大,计算结果不收敛。经过多次试算后本文在ANSYS中取为1×109MPa,泊松比取为0.2,以模拟垫块的刚度无限大。 表1木材模型相关参数 图5载荷为452.7N时的y方向的位移云图 由材料力学知识,木梁按照各向同性材料来考虑,以表1中EY作为木梁的弹性模量。经计算,当木梁上施加荷载(本文中的荷载值均为施加在木梁上的两个集中力之和)为452.7N时,木梁中截面处的最大应力为2.547×106Pa,最大应变为2.088×10-4。由图5
5、与图6中ANSYS数值计算结果知,当荷载为452.7N时,中截面最大应力为2.5471×106Pa,最大应变为2.087×10-4。由图6可见应变的变化分布满足平截面假定。 图6外载荷为457.2N时中间截面应力与位置的关系 由此可见本文有限元计算结果和材料力学计算结果几乎完全吻合,说明有限元可以很好的解决木梁的相关力学问题
