简单托架应力与变形分析：ANSYS分析VS理论解（杆单元实例）

^{_{一简单托架。BC杆的横截面为圆，直径d= 20 mm，横截面积A1= 314 mm2。BD杆为8号槽钢，横截面积A2= 1020 mm2。外载荷F= 60 kN，E= 200 GPa。求BC杆和BD杆的内力、应力和B点的位移。}}

二、理论计算

三、GUI求解步骤

1．定义单元类型和材料属性

1)定义单元类型：Main Menu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete →Add →在左列表框中选择Link，在右列表框中选择3D finit stn 180 →OK →Close。

2)定义实常数：Main Menu >Preprocessor >Real Constants >Add →Type 1 →OK →Real Constant Set No.：1, AREA：314 →Apply，Real Constant Set No.：2, AREA：1020 →OK →Close。

3)设置材料属性：Main Menu >Preprocessor >Material Props >Material Models →Structural → Linear → Elastic →Isotropic →EX：2E5，PRXY：0.3 →OK。

2．建立模型

1)定义节点：Main Menu >Preprocessor >Create >Nodes > In Active CS →依次输入3个节点坐标1(0,0,0)，2(0,0,1.2E3)，3(0,-1.6E3,0) →OK。

2)定义单元：

①定义BC杆的单元：Main Menu >Preprocessor >Create >Elements >Auto Numbered >Thru Nodes →拾取节点1和2 →OK。

②定义BD杆的单元：

指定单元的实常数：Main Menu >Preprocessor >Create >Elements >Elem Attributes → Real constant set number 2(见下图) →OK。

创建单元：Main Menu >Preprocessor >Create >Elements >Auto Numbered >Thru Nodes →拾取节点2和3 →OK。

③打开杆单元的单元形状：Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape→[/ESHAPE]: On。

3．施加边界条件并求解

1)施加约束：Main Menu > Solution > Define loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes →拾取节点1和3 →OK →Lab2：All DOF →OK。

2)施加载荷：Main Menu > Solution > Define loads > Apply > Structural > Force/Moment > On Nodes →拾取节点2 →OK →Lab：FY，VALUE：-6E3 →OK。

3)求解前保存模型：Utility Menu >Files >Save as →输入Link_Load.db →OK。

4)求解：Main Menu > Solution >Solve >Current LS →File >Close →Solve Current Load Step →OK →Solution is done →Close。

5)保存结果文件：Utility Menu >Files >Save as →输入Link_Solve.db →OK。

4．后处理

1)查看各节点位移：

①云图显示：Main Menu >General Postproc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solu →选择DOF solution。

→选择X-component of displacement(X方向的位移）→OK

→选择Y-component of displacement(X方向的位移） →OK

→选择Displacement vector sum (总位移） →OK

②列表显示：Main Menu >General Postproc >List Results > Nodal solu →选择DOF solution 下的Displacement vector sum →OK。

(2)查看各单元轴力：

①查定义LINK180轴力单元表的方法：打开ANSYS Help，搜索LINK180。

找到LINK180的单元介绍页面后，找Table 180.1:  LINK180 Element Output Definitions，在Name栏中FORCE便是轴力，Sxx是轴向应力。

找Table 180.2: LINK180 Item and Sequence Numbers，表中Output Quantity Name列找到FORCE，Item为SMISC，编号为1。

②定义轴力单元表：Main Menu >General Postproc >Element Table>Define Table，→Lab：输入FN →Item：选择By sequence num →Comb：选择SMISC，在SMISC后面输入“1”→OK →Close。

③轴力列表显示：Main Menu >General Postproc >Element Table>List Element Table→选择FN→OK→记录各个单元的轴力→File→Close。

④画轴力图：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Line Elem Res(见图1.5)→LabI选择FN，LabJ选择FN→OK。

(4) 查看各单元应力：

①定义轴向应力单元表：Main Menu >General Postproc >Element Table>Define Table，→Lab：输入Stress_I →Item：选择By sequence num →Comb：选择LS，在LS后面输入“1”→OK →Apply →Lab：输入Stress_J →Item：选择By sequence num →Comb：选择LS，在LS后面输入“2”→OK →Close。

③轴力列表显示：Main Menu >General Postproc >Element Table>List Element Table→选择FN→OK→记录各个单元的轴力→File →Close。

④画轴力图：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Line Elem Res(见图1.5)→LabI选择Stress_I，LabJ选择Stress_J→OK。

5．退出ANSYS软件

Utility Menu >File >Exit →Quit-No Save →OK

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