ANSYS材料力学系列：轴向拉伸与压缩的力学奥秘

对于材料力学，目前市面上主流的书籍是孙训方教授编著的和刘鸿文教授编著的。网上现在流传一种观点：孙训方版材料力学适合土木专业，刘鸿文版材料力学适合机械专业，笔者认为这种观点不太准确，原因如下：1.不管是土木专业还是机械专业，材料力学的学习范围是相同的，都是对杆、梁、轴这样的1D构件在拉压、剪切、弯曲、扭转作用下的应力和位移进行计算；2.笔者在学习的过程中主要使用孙教授的材料力学，发现书中的内容也是和机械密切相关的。所以，不管是孙教授的还是刘教授的材料力学教材，都非常适合机械专业的学生学习。

一．材料力学解法：

假定拉力为正轴力，根据材料力学中提供的解法——截面法：

1.求支反力：根据平衡关系，可得支反力F_R=10kN;

2.截面法：

根据每段杆件的平衡关系，可得：

F_N1=10kN；F_N2=50kN；F_N3=-5kN；F_N4=20kN，轴力图如下：

二．ANSYS解法：

使用ANSYS求解该问题时，我们从以下几个方面入手：

1.  确定分析类型：根据例题所示结构，确定分析类型为静力学分析；

2.  确定单元类型：该结构为拉压杆，结果需要输出轴力图，因此分析时使用beam单元；

Step1:在SCDM中创建线体模型：

1.将草绘平面设置为Z面（根据自己习惯，选择草绘平面）；

2.根据题目所示几何尺寸，草绘四条线（草绘四条线，产生五个点，方便在后续步骤中施加四个载荷和一个约束）；

3.为线赋予截面，完成线体建模（由于主要计算轴力，因此截面形状和几何尺寸我们可以随意设置一种，笔者在此使用默认圆截面）；

4.为了保证四个线体连接处的节点连续，需要在选择share命令进行重合拓扑共享；

Step2：在WB中创建载荷及约束：

1.搭建分析流程：

2.网格划分：自由网格划分，网格尺寸设置为10mm。由于建立的是线体模型，WB在网格划分时自动赋予BEAM188单元；

3.施加载荷及约束：

Step3：

求解及后处理：

1.求解；

2.建立路径：由于我们需要绘制轴力图，所以我们需要建立一个path，将结果映射到path上；右键Model（B4）→insert→construction geometry→path，然后在Details of path中将path type切换为edge，依次选择建立的四根线体，点击apply确定选择。

3.提取结果：点击Solution（B6），并选择Beam Results中的Axial Force；在Details of  Axial Force中，将Scoping Method改为Path，并在path中选择上一步建立的“path”。最后右击Solution（B6），选择Eevaluate All Results，提取结果。

在图形区，我们可以看到计算的轴力结果；在Graph中，我们可以看到轴力图。与材料力学解法得到的结果完全一致。

   至此，该例题求解完毕。

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