基于ansys梁结构静力分析

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1、基于ANSYS梁结构静力分析李亚锋07209220091001861摘要：采用大型通用软件ANSYS，对梁结构受弯矩力时工况进行三维有限元静力分析，计算结果，分析梁体应力分布情况。关键词：梁结构；ANSYS；有限元；静力分析0引言梁结构是生活中常见的结构，为了全面了解梁结构在受到弯矩力时梁体应力分布状态，采用ANSYS三维有限元对梁结构进行工况静力计算，分析梁体应力、位移情况。1概况1.1梁体的结构与受力梁的截面形状为梯形截面，各个截面尺寸相同。两端受弯矩沿中性面发生弯曲，如图1-1所示。利用ANSYS软件对此梯形截面梁进行静力学分析，以获得沿梁AA截面的应力

2、分布情况。rθAAMMA-A截面图1-1梯形截面梁受弯矩弯曲模型1.2问题分析由于此问题不是轴对称的，梁上各点位移呈圆弧状，有弯曲半径和弯曲中心，所以采用三维实体单元要比采用轴对称单元好一些。其几何形状可以通过柱坐标建立。1.2.1合理简化模型由于梁弯曲部分的应力不随θ变化，所以可以适当简化模型，取图1-2所示的切片。AB和CD边夹角为5°。14mm88mm65mm44mmMZ,w旋转轴r,u对称面D,BC,A5°θ,γr,uCADB2＃面1＃面M/2M/2rc图1-2分析切片由于不知道切片两侧截面上轴向应力的分布情况，所以只能将弯矩M直接作用在简化模型上。在

3、定义位移约束时仍认为切片两侧保持平面，切片两端只受纯弯矩载荷，即切片端面不受外力载荷。通过有限元分析可以得到受弯矩切片端面处的应力分布情况。因应力与所受弯矩呈线性关系，所以截面上的应力与切片两端面所受弯矩Mp紧密相关。当z值不变时，梁的截面上点A、B、C和D对称分布，所以，分析梁截面时只需取截面的一半。1.2.1描述模型的边界条件任意节点处沿u（径向）、v（环方向）、w（轴向）的约束情况如表1-1所示。表1-1约束条件1＃面（Face1）2＃面（Face2）U=0（节点A）无V=0（所有节点）V=0.0001(rc-r)（所有节点）W=0（沿AB边）W=0（沿

4、CD边）切片上所有节点均被约束。A节点处，u=0可阻止切片沿r方向做刚体运动；1＃面上所有节点v=0可防止1＃面做圆周运动，对于ABCD由w=0保证切片模型的对称性；2＃面上BC保证2＃面绕r=rc面转动时，2＃面保持平面。比例系数0.0001，这是随意取的，没有特别含义。开始时，不知道rc的确切值，由于rc对应的是纯弯矩，所以A节点处的反作用力Ra为零。假设开始时，rc=60mm或rc=70mm，则两个rc值对应的Ra分别为2001N和357N。根据线性推断，当Ra=0时有rc=72.2mm。所以，在分析过程中，取rc=72.2mm（为了分析过程简洁，所以在

5、这里给出rc值，实际问题分析中，读者只能自己确定rc值）。1有限元模型的建立2.1选择单元和定义实常数、材料属性由于采用柱坐标进行三维实体分析，所以选择的单元为8节点6面体单元。由于分析不需要定义实常数，因此可以选择默认值。定义弹性模量和泊松比：杨氏模量：200e9泊松比：0.32.2定义几何参数根据切片模型，首先定义切片顶点的8个关键点，然后通过关键点生成切片实体模型。在柱坐标系中生产所需关键点。由于4个关键点是模型图上的A、B、C、D，另外4个是有同样的r和θ但没有显示出来的z轴方向上的与前4个关键点对应的关键点。因此，需要通过模型几何参数创建。通过参数定

6、义几何实体的操作如下：R1=44e-3R2=R1+88e-3Z1=65e-3Z2=14e-32.3定义关键点由于几何模型将在柱坐标中创建，所以首先要将坐标系转换到柱坐标。注意：当当前坐标系为柱坐标时，输入提示菜单中的X、Y和Z对应柱坐标的r、θ（单位为度）和Z。关键点坐标参数如下：1＃关键点X=R1，Y=90，Z=02＃关键点X=R1，Y=95，Z=03＃关键点X=R1，Y=95，Z=Z14＃关键点X=R1，Y=90，Z=Z15＃关键点X=R2，Y=90，Z=06＃关键点X=R2，Y=95，Z=07＃关键点X=R2，Y=95，Z=Z28＃关键点X=R2，Y=9

7、0，Z=Z22.4生成切片模型通过已定义的8个关键点生成实体模型：首先连接底部的关键点，然后连接顶部的关键点。这些操作均需在笛卡儿坐标系中进行。通过连接关键点而成的线为直线，即切片的边为直边。此处需要这些边为直边，而柱坐标系中生成的线却是曲线。依生成关键点的顺序依次选择关键点，即可得到切片实体模型，结果如图2.1所示。图2.12.5划分网格由于划分实体网格时需要根据具体的边、线进行调整，所以需要显示出边和线。另外，为了便于定义约束，需要显示线的序号并关闭背景。首先显示切片的边线，操作如下：由于只有一种单元和材料，所以在划分网格时，单元类型和参数需自动选定。为便

8、于设置网格划分参数，可显示实体边线和关