![ANSYS机械工程应用精华60例](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/211/681211/b_681211.jpg)
第7例 杆系结构的静力学分析实例——悬臂梁
本例提示
本例介绍了利用ANSYS对杆系结构进行静力学分析的方法、步骤和过程。
7.1 问题描述及解析解
图7-1(a)所示为一悬臂梁,图7-1(b)为梁的横截面形状,分析其在集中力 P 作用下自由端的变形。已知截面各尺寸 H=50mm、h=43mm、B=35mm、b=32mm,梁的长度L=1m,集中力P=1000N。钢的弹性模量E=2×1011N/m2,泊松比μ=0.3。
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图7-1 工字悬臂梁
根据材料力学的知识,梁横截面对x轴的惯性矩为
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该梁自由端的挠度为
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7.2 分析步骤
7.2.1 过滤界面
拾取菜单Main Menu→Preferences,弹出如图7-2所示的对话框,选中“Structural”项,单击“OK”按钮。
![](https://epubservercos.yuewen.com/B0B46C/3590464803921301/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0078_0001.jpg?sign=1734394316-7TDR7qO3feRZZaGxsEnLA3gc9Q55qNXH-0-c62e16c7c7cd3fd4e2ed8ac6acd00c6d)
图7-2 过滤对话框
7.2.2 选择单元类型
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete,弹出如图7-3所示的对话框,单击“Add...”按钮,弹出如图7-4所示的对话框,在左侧列表中选“Structural Beam”,在右侧列表中选“2 node 188”,单击“OK”按钮,返回如图7-3所示的对话框,单击“Close”按钮。
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图7-3 单元类型对话框
![](https://epubservercos.yuewen.com/B0B46C/3590464803921301/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0078_0003.jpg?sign=1734394316-awYPHFHWbHvylp1mp7OY0NwPFwQ48zaj-0-7c2a0470524ad4dd7fab24bf54a68e0e)
图7-4 单元类型库对话框
7.2.3 定义梁的横截面
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Sections→Beam→Common Sections,弹出如图7-5所示的对话框,选择“Sub-Type”为“I”(横截面形状),在“W1”、“W2”、“W3”、“t1”、“t2”、“t3”文本框中分别输入0.035、0.035、0.05、0.0035、0.0035、0.003,单击“OK”按钮。
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图7-5 设置横截面对话框
7.2.4 定义材料模型
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models,弹出如图7-6所示的对话框,在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”,弹出如图7-7所示的对话框,在“EX”文本框中输入2e11(弹性模量),在“PRXY”文本框中输入0.3(泊松比),单击“OK”按钮,然后关闭如图7-6所示的对话框。
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图7-6 材料模型对话框
![](https://epubservercos.yuewen.com/B0B46C/3590464803921301/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0079_0003.jpg?sign=1734394316-NNshGJz8r7m5zDyqeUu5TDut6zDsJW9e-0-cdf57105e8f705709c7cf08e3d90eceb)
图7-7 材料特性对话框
7.2.5 创建关键点
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS,弹出如图7-8所示的对话框,在“NPT”文本框中输入1,在“X, Y, Z”文本框中分别输入0, 0, 0,单击“Apply”按钮;再在“NPT”文本框中输入2,在“X, Y, Z”文本框中分别输入1, 0, 0,单击“Apply”按钮;再在“NPT”文本框中输入3,在“X, Y, Z”文本框中分别输入0.5, 0.5, 0,单击“OK”按钮。
![](https://epubservercos.yuewen.com/B0B46C/3590464803921301/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0080_0001.jpg?sign=1734394316-yS5UXuEOyMTZt25bV6GWtQFVR9WkYvi2-0-fa31cbc7252a28da3d285ebc8b6db69a)
图7-8 创建关键点的对话框
7.2.6 显示关键点号
拾取菜单Utility Menu→PlotCtrls→Numbering,在所弹出的对话框中,将Keypoint numbers(关键点号)打开,单击“OK”按钮。
7.2.7 创建直线
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→Straight Line,弹出拾取窗口,拾取关键点1和2,单击“OK”按钮。
7.2.8 划分单元
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool,弹出“MeshTool”对话框,选择“Element Attributes”的下拉列表框为“Lines”,单击下拉列表框后面的“Set”按钮,弹出拾取窗口,选择线,单击“OK”按钮,弹出如图7-9所示的对话框,选择“Pick Orientation Keypoint(s)”为Yes,单击“OK”按钮;弹出拾取窗口,选择关键点3,单击“OK”按钮,则横截面垂直于关键点1、2、3所在的平面,z轴(见图7-1)指向关键点3。
![](https://epubservercos.yuewen.com/B0B46C/3590464803921301/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0080_0002.jpg?sign=1734394316-UJRcVh1KZPGXRWJU6tqqEAIBZqePVbke-0-a994ed16372f440c17b2227c8f7c83fa)
图7-9 单元属性对话框
单击“Size Controls”区域中“Lines”后面的“Set”按钮,弹出拾取窗口,拾取直线,单击“OK”按钮,弹出如图7-10所示的对话框,在“NDIV”文本框中输入50,单击“OK”按钮。
![](https://epubservercos.yuewen.com/B0B46C/3590464803921301/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0080_0003.jpg?sign=1734394316-XTvYIc4AgCtSW5eFkU0MFjFlPvLA7Zer-0-33d2ab542d18831554f7cbd39bdabe9f)
图7-10 单元尺寸对话框
单击“MeshTool”对话框中“Mesh”区域的“Mesh”按钮,弹出拾取窗口,拾取直线,然后单击“OK”按钮。
7.2.9 施加约束
拾取菜单Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Keypoints,弹出拾取窗口,拾取关键点1,单击“OK”按钮,弹出如图7-11所示的对话框,在列表中选“All DOF”,单击“OK”按钮。
![](https://epubservercos.yuewen.com/B0B46C/3590464803921301/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0081_0001.jpg?sign=1734394316-YcB76EUfDLWz2E1N65VwrtsRDzbXHUA6-0-5e5a3a65f735078d67a6355b1285eca8)
图7-11 施加约束对话框
7.2.10 施加载荷
拾取菜单Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Force/Moment→On Keypoints,弹出拾取窗口,拾取关键点2,单击“OK”按钮,弹出如图7-12所示的对话框,选择“Lab”为“FY”,在“VALUE”文本框中输入-1000,单击“OK”按钮。
![](https://epubservercos.yuewen.com/B0B46C/3590464803921301/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0081_0002.jpg?sign=1734394316-BupvugClVdVtlepXesD2vgNhrHUZo5ZB-0-d578f3d53a5d4e7847a739f8a7d37f1f)
图7-12 在关键点施加载荷对话框
7.2.11 求解
拾取菜单Main Menu→Solution→Solve→Current LS。单击“Solve Current Load Step”对话框中的“OK”按钮。当出现“Solution is done!”提示时,求解结束,即可查看结果。
7.2.12 查看结果,显示变形
拾取菜单Main Menu→General Postproc→Plot Results→Deformed Shape,在所弹出的对话框中,选中“Def shape only”,单击“OK”按钮,结果如图7-13所示,从图中看出,最大位移为0.011019 m,与理论结果一致。
![](https://epubservercos.yuewen.com/B0B46C/3590464803921301/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0082_0001.jpg?sign=1734394316-wy61MBLcXCjdgs8DCyxnCbhHGuIAnmiF-0-459ebcd0d1d014c3c6c992a4a2074c9e)
图7-13 悬臂梁的变形
7.3 命令流
/CLEAR !清除数据库,新建分析 /FILNAME,EXAMPLE7 !定义任务名为“EXAMPLE7” /PREP7 !进入预处理器 ET,1,BEAM188 !选择单元类型 SECTYPE,1,BEAM,I !截面类型 SECOFFSET,CENT !节点在截面质心 SECDATA,0.035,0.035,0.05,0.0035,0.0035,0.003 !截面参数 MP,EX,1,2E11 !定义材料模型,弹性模量EX=2E11、泊松比NUXY=0.3 MP, NUXY, 1, 0.3 K,1,0,0,0 !创建关键点 K, 2, 1, 0, 0 K, 3, 0.5, 0.5, 0 LSTR,1,2 !创建直线 LESIZE,1,,,50 !指定直线划分单元段数为50 LATT,,,,,3 !指定关键点3为截面方向点 LMESH,1 !对直线划分单元 FINISH !退出预处理器 /SOLU !进入求解器 DK,1,ALL !在关键点上施加位移约束,模拟固定端 FK,2,FY,-1000 !在关键点上施加集中力载荷 SOLVE !求解 FINISH !退出求解器 /POST1 !进入普通后处理器 PLDISP !显示变形云图 FINISH !退出普通后处理器