ANSYS实例分析(三角桁架受力分析 )

三角桁架受力分析

1 问题描述

图1所示为一三角析架受力简图。图中各杆件通过铰链连接，杆件材料参数及几何参数见表1和表2，析架受集中力F1=5000N, F2=3000N 的作用，求析架各点位移及反作用力。

图1 三角桁架受力分析简图

表1 杆件材料参数

表2 杆件几何参数

2 问题分析

该问题属于析架结构分析问题。对于一般的析架结构，可通过选择杆单元，并将析架中各杆件的几何信息以杆单元实常数的形式体现出来，从而将分析模型简化为平面模型。在本例分析过程中选择LINK l 杆单元进行分析求解。

3 求解步骤

3.1 前处理（建立模型及网格划分） 1.定义单元类型及输入实常量

选择Structural Link 2D spar 1单元，步骤如下：

选择Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add Edit/Delete 命令，出现Element Types 对话框，单击Add 按钮，出现Library of Element Types 对话框。在Library of Element Types 列表框中选择Structural Link 2D spar 1，在Element type reference number 文本框中输入1，单击OK 按钮关闭该对话框。如图2所示。

E 1/Pa E 2/Pa E 3/Pa ν1 ν2 ν3 2.2E11 6.8E10

2.0E11

0.3

0.26

1/m L 1/m L 1/m A 1/m 2 A 2/m 2 A 3/m 2 0.4 0.5

0.3

6E-4

9E-4

4E-4

图2 单元类型的选择

输入三杆的实常量（横截面积），步骤如下：

选择Main Menu|Preprocessor|Real Constants|Add/Edit/Delete命令，出现Real Constants 对话框，单击Add按钮，出现Element Type for Real Constants对话框，单击OK按钮，出现Real Constant Set Number 1, for LINK1对话框，在Real Constant Set No.文本框中输入1，在Cross-sectional area文本框中输入6E-4，在Initial strain文本框中输入0。如图3所示。

图3 L1杆横截面积设置

单击Apply按钮，在Real Constant Set No.文本框中输入2，在Cross-sectional area文本框中输入9E-4，在Initial strain文本框中输入0，如图4所示。

图4 L2杆横截面积设置

单击Apply按钮，在Real Constant Set No.文本框中输入3，在Cross-sectional area文本框中输入4E-4，在Initial strain文本框中输入0。如图5所示。

图5 L3杆横截面积设置

2.定义材料性能参数

对L1、L2、L3的弹性模量及泊松比进行定义，下面只说明L1材料属性定义：

1) 选择Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models命令，出现Define Material Model Behavior对话框。

2) 在Material Models Available一栏中依次单击Structural, Linear,Elastic, Isotropic选项，出现Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1对话框，在EX文本框中输入2.2E 11，在PRXY文本框中输入0.3。如图6所示。

图5 定义L1的材料属性（弹性模量EX及泊松比PRXY）

3.生成几个模型、划分网格

通过关键点生成有限元模型，步骤如下：（自下而上的方式生成模型）

命令，出现Create Key points In Active Coordinate System对话框。在NPT Key point number：文本框中输入1，在X,Y,Z Location in active CS文本框中分别输入0, 0, 0；单击Apply按钮，NPT Key point number文本框中输入2，在X,Y,Z Location in active CS文本框中分别输入0.4, 00;单击Apply按钮，在NPT Key point number文本框中分别输入3，在X,Y,Z Location in active CS文本框中分别输入0, 0.3, 0。

划分网格，步骤如下：（只说明L1的划分，L2、L3划分方法与L1相同）

2) 选择Main Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh Attributes|Default Attribs命令，出现Meshing Attributes对话框，参照图3所示对其进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。

3) 选择Main Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh|Lines命令，出现Mesh Lines拾取菜单，在文本框中输入1。划分结果如图7所示。

图6 三角桁架的有限元模型

图7 网格划分的结果

3.2 加载求解

1．施加边界条件，L3X、Y方向上位移为零，为边界条件，步骤如下：

2．施加载荷，节点2受到FX及FY的集中力步骤如下：

2) 单击Apply按钮，在Lab Direction of force/mom下拉列表中选择FY，在Apply as下拉列表中选择Constant value，在V ALUE Force/moment value文本框中输入一3000，单击OK按钮关闭该对话框。施加载荷及边界条件后模型如图8所示。

3．求解计算，步骤如下：

1 选择Main Menu|Solution|Solve|Current LS命令，出现Solve Current Load Step对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求解计算。

图8 施加载荷及边界条件

3.3 后处理（结果查看）

1．查看变形前和变形后的三角桁架，步骤如下：

选择Main Menu|General Post proc|Plot Results|Deformed Shape命令，出现Plot Deformed Shape对话框，在KUND Items to be plotted选项中选择Def+undeformed选项，ANSYS显示窗口将显示变形后和未变形的几何形状，如图9所示。

2．查看位移场值线图，步骤如下：

3．列表查看节点位移计算结果，步骤如下：

选择Main Menu|General Postproc|List Result|Nodal Solution命令，NodalDOFSolution对话框，在Item,Comp Item to be listed列表框中选择DOFsolution出现ListAll DOFs单击OK 按钮，ANSYS显示窗口将显示如图11所示的节点位移计算结果。

4．列表查看节点发作用力计算结果，步骤如下：

选择Main Menu|General Postproc|List Result|Reaction Solu命令，NodalDOFSolution对话框，在LAB Item to be listed列表框中选择All items,单击OK按钮。计算结果如图11所示。

图9 变形前及变形后的三角桁架

图10 位移场值线图

图10 节点位移计算结果

图11 节点反作用计算结果