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静力学分析方法与案例分享

时间：2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】：按照表13-2所示输入1号关键点的编号与坐标，单击Apply按钮。继续定义关键点，直到完成表13-2列出的全部关键点的定义，结果如图13-9所示。图13-10 Copy Keypoints对话框图13-11 复制1、2、3、4号关键点在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Copy＞Keypoints命令，拾取103、104号关键点然后单击Apply按钮。重复上述操作，复制对象仍为103、104号点，设置DXX-offset in active CS为BZC/2，再次复制后的结果如图13-14所示。

静力学分析方法与案例分享

（1）启动Mechanical APDL Product Launcher 17.0，在弹出的17.0：ANSYS Mechanical AP-DL Product Launcher窗口中分别设置Simulation Environment、Lisence、Working Directory（工作目录）和Job Name（项目名称），单击Run按钮，进入GUI界面。

（2）在GUI界面中选择Utility Menu＞Parameters＞Scalar Parameters命令，在弹出的Scalar Parameters对话框中定义表13-1所示参数。

表13-1 定义参数

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（续）

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完成定义的参数如图13-2所示。

（3）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Ele-ment Type＞Add/Edit/Delete命令，在弹出的对话框中单击Add按钮，弹出图13-3所示的Library of Element Types对话框，选择单元类型为SHELL＞3D 4 node 181（即SHELL），单击OK按钮。

（4）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Mate-rial Props＞Material Models命令，弹出图13-4所示的Define Material Model Behavior对话框，选择材料模型为Structural＞Linear＞Elastic＞Zsotropic（线性、弹性各向同性模型）。

弹出的Linear Isotropic properties for Material Number1对话框，输入材料参数如图13-5所示，单击OK按钮。回到图13-4所示的Define Material Model Behavior对话框，选择Density（密度）。弹出Density for Material Number1对话框，输入密度参数如图13-6所示，单击OK按钮，完成材料模型的定义。

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图13-2 Scalar Paramters对话框

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图13-3 Library of Element Types对话框

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图13-4 Define Material Model Behavior对话框

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图13-5 材料1线性、弹性参数设置

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图13-6 材料1密度设置

（5）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Sections＞Shell＞Lay-up＞Add/Edit命令，弹出图13-7所示的Create and Modify Shell Sections对话框，输入厚度T，单击OK按钮，完成壳单元厚度的定义。

（6）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞InAc-tive CS命令，弹出图13-8所示的Create Keypointsin Active Coordinate System对话框。按照表13-2所示输入1号关键点的编号与坐标，单击Apply按钮。继续定义关键点，直到完成表13-2列出的全部关键点的定义，结果如图13-9所示。

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图13-7 Create and Modify Shell Sections对话框

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图13-8 Create Keypoints in Active Coordinate System对话框

表13-2 关键点列表

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图13-9 定义关键点

（7）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Copy＞Keypoints命令，在弹出的对话框中单击PickAll按钮，弹出图13-10所示的Copy Keypoints对话框。设置DXX-offset in active CS（平移距离）为LKZ/2，KINC Keypoint increment（编号增量）为100，单击OK按钮，生成新的关键点，如图13-11所示。

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图13-10 Copy Keypoints对话框

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图13-11 复制1、2、3、4号关键点

（8）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Copy＞Keypoints命令，拾取103、104号关键点然后单击Apply按钮。在弹出的如图13-12所示Copy Keypoints对话框中，设置DXX-offset in active CS（平移距离）为-BZC/2，单击OK按钮生成新的关键点，如图13-13所示。

重复上述操作，复制对象仍为103、104号点，设置DXX-offset in active CS（平移距离）为BZC/2，再次复制后的结果如图13-14所示。

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图13-12 Copy Keypoints对话框

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图13-13 复制103、104号关键关键点

请读者自行动手操作，完成1、2、3、4关键点的再次复制设置DXX-offset in active CS（平移距离）为LKZ/2+LS1，KINC Keypoint increment（编号增量）为200），结果如图13-15所示。

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图13-14 再次复制103、104号关键点

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图13-15 复制1～4号关键点

（9）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞In Ac-tive CS命令，弹出图13-16所示的Create Keypoints in Active Coordinate System对话框。按照表13-3所示输入1号关键点的编号与坐标，单击Apply按钮。继续定义关键点，直到完成表13-3列出的全部关键点的定义，结果如图13-17所示。

表13-3 关键点列表

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图13-16 Create Keypoints in Active Coordinate System对话框

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图13-17 定义关键点

（10）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Copy＞Keypoints命令，拾取5、6、7、8号关键点并单击Apply按钮，弹出图13-18所示的Copy Keypoints对话框，设置DYY-offset in activecs（平移距离）为-LZC，单击OK按钮，生成新的关键点如图13-19所示。

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图13-18 Copy Keypoints对话框

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图13-19 复制5～8号关键点

（11）重复上一步操作，对表13-4所示关键点进行复制操作，完成后如图13-20所示。

表13-4 需要复制的关键点

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（12）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitrary＞Through KPs命令，按顺序拾取工作区中的1、2、302、301、1号节点，单击OK按钮，完成面的定义，如图13-21所示。

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图13-20 完成复制点

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图13-21 生成第一个面

（13）重复上述通过关键点生成面的操作，将表13-5所示的关键点按顺序连接围成面。结果如图13-22所示。

表13-5 围成面的关键点

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（14）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Reflect＞Areas命令，在弹出的对话框中单击Pick All按钮，弹出图13-23所示的Reflect Areas对话框，设置对称面的法向为Y-Z Plane X，单击OK按钮，完成镜像，如图13-24所示。

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图13-22 生成面

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图13-23 Reflect Areas对话框

（15）重复上述镜像操作，设置对称面的流向为X-Y Plane Z（即以X-Y平面为准对称），单击OK按钮，结果如图13-25所示。

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图13-24 镜像

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图13-25 整体模型

（16）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Numbering Ctrls＞Merge Items命令，弹出图13-26所示的Merge Coincident of Equivalently Defined Item（合并项目）对话框。选择要合并的项目为关键点，其余保持默认，单击OK按钮。

（17）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞Manual Size＞Global＞Size命令，弹出图13-27所示的Global Element Sizes对话框，定义单元边长为1，单击OK按钮。

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图13-26 Merge Coincident or Equivalently DefinedItem对话框

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图13-27 Global Element Sizes对话框

（18）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Areas＞Mapped＞3 or 4 sided命令，在弹出的对话框中单击Pick All按钮，完成所有面的划分，如图13-28所示。

（19）此时模型建立完毕。图13-29所示为显示单元厚度的模型，箱梁的细节如图13-30所示。

（20）在GUI界面中选择Utility Menu＞Se-lect＞Entities命令，弹出图13-31所示的Select Entities对话框。设置选择对象为Areas，选择方式为From Full，单击Apply按钮，弹出图13-32所示的Select Areas对话框。

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图13-28 完成单元划分

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图13-29 显示单元厚度

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图13-30 箱梁细节

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图13-31 Select Entities对话框

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图13-32 Select areas对话框

选择编号定义方式为Min，Max，Inc，在下方的输入框中输入1，5，4，单击OK按钮，选出图13-33所示面。

回到图13-31所示的Select Entities对话框，将选择方式改为Also Select，单击Apply按钮。参照上述方式，选出表13-6列出的全部面，结果应如图13-34所示。

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图13-33 选择面

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图13-34 完成面的选择

表13-6 选择面

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（21）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Move/Modify＞Reverse Normals＞of Areas命令，在弹出的对话框中单击PickAll按钮，完成法向反转。

（22）在GUI界面中选择Utility Menu＞Select＞Entities命令，参考前文的说明，选出40、82、19、61四个面如图13-35所示。在Select Entities对话框中，更改选择对象为Nodes，选择方式为Attached to，单击OK按钮，选出这些面上的节点，如图13-36所示。

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图13-35 选择面

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图13-36 选出节点

（23）在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Dis-placement＞On Nodes命令，在弹出的对话框中单击Pick All按钮，弹出图13-37所示的Ap-ply U，ROT on Nodes对话框。

设置约束的自由度为All DOFs，单击OK按钮，完成约束后如图13-38所示。

（24）至此完成模型的建立与约束的定义，下面将在此基础之上进行分析。

在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞New Analysis命令，弹出图13-39所示的New Analysis对话框，选择分析类型为Statics（即静态分析），单击OK按钮，完成分析类型设置。

在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Inertia＞Gravity＞Global命令，弹出图13-40所示的Apply（Gravitational）Acceleration（定义重力加速度）对话框，设置重力加速度为ACEL Y Global Cartesian Y-comp=9.8，单击OK按钮。

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图13-37 Apply U，ROT on Nodes对话框

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图13-38 定义约束

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图13-39 NewAnalysis对话框

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图13-40 定义重力加速度

（25）在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Solve＞Current LS命令，弹出图13-41所示的/STATUS Command窗口，其中显示了项目的求解信息及输出选项。

同时弹出的还有图13-42所示的Solve Current Load Step对话框，询问用户是否开始进行求解。

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图13-41 /STATUS Command窗口

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图13-42 /Solve CurrentLoadStep对话框

单击OK按钮开始求解，当弹出Solution is done！提示时，表明求解完成。

本例的分析过程也可以以命令流方式进行。

FINI ！清空工作区

/CLE ！

/NERR，，99999999 ！调整警告数量限制

∗SET，B，40 ！定义参数

∗SET，H，15 ！

∗SET，L，120 ！

∗SET，LS，20 ！

∗SET，LS1，10 ！

∗SET，HS1，4 ！

∗SET，BS1，2 ！

∗SET，LS2，10 ！

∗SET，HS2，2 ！(www.daowen.com)

∗SET，BS2，2 ！

∗SET，LH，40 ！

∗SET，BH，2 ！

∗SET，HH，2 ！

∗SET，LKZ，80 ！

∗SET，HKZ，4 ！

∗SET，BKZ，2 ！

∗SET，LZC，15 ！

∗SET，HSZC，4 ！

∗SET，BZC，2 ！

∗SET，LKJ，40 ！

∗SET，HKJ，4 ！

∗SET，BKJ，2 ！

∗SET，EL，2.1E10 ！

∗SET，UL，0.3 ！

∗SET，DENSL，7800 ！

∗SET，T，0.5 ！

！

/PREP7 ！进入前处理器

ET，1，181 ！单元类型

MP，EX，1，EL ！材料参数

MP，PRXY，1，UL ！

MP，DENS，1，DENSL ！

F=0.25∗（45E4∗1.02+60E4∗1.2） ！定义荷载

SECTYPE，，SHELL ！定义截面

SECDATA，T ！

！

K，1，0，H+HKZ/2，-B/2+BKZ/2 ！生成关键点

K，2，0，H+HKZ/2，-B/2-BKZ/2 ！

K，3，0，H-HKZ/2，-B/2-BKZ/2 ！

K，4，0，H-HKZ/2，-B/2+BKZ/2 ！

KGEN，2，1，4，1，LKZ/2，，，100 ！复制关键点

KGEN，2，103，104，1，-BZC/2 ！

KGEN，2，103，104，1，BZC/2 ！

KGEN，2，1，4，1，LKZ/2+LS1，，，200 ！

K，301，L/2+BH/2，H+HKZ/2，-B/2+BKZ/2 ！定义关键点

K，302，L/2+BH/2，H+HKZ/2，-B/2-BKZ/2 ！

K，303，L/2+BH/2，H+HKZ/2-HH，-B/2-BKZ/2 ！

K，304，L/2+BH/2，H+HKZ/2-HH，-B/2+BKZ/2 ！

KGEN，2，5，8，1，，-LZC， ！复制关键点

KGEN，2，302，303，1，BH ！

KGEN，2，13，14，1，，，LH/2+BKZ ！

KGEN，2，15，16，1，-BH ！

KGEN，2，9，11，2，，-HKJ ！

KGEN，2，19，20，1，，，LH/2+BKZ ！

KGEN，2，21，22，1，，HKJ ！

！

A，1，2，302，301，1 ！将关键点围成面

A，2，202，203，3，2 ！

A，202，302，303，203，202 ！

A，201，301，304，204，201 ！

A，201，204，4，1，201 ！

A，6，10，12，8，6 ！

A，8，12，11，7，8 ！

A，7，11，9，5，7 ！

A，6，10，9，5，6 ！

A，3，4，6，5，3 ！

A，203，204，304，303，203 ！

A，302，303，14，13，302 ！

A，201，204，304，301，201 ！

A，13，15，16，14，13 ！

A，302，17，15，13，302 ！

A，301，17，18，304，301 ！

A，303，18，16，14，303 ！

A，9，19，20，11，9 ！

A，11，24，22，20，11 ！

A，20，22，21，19，20 ！

A，21，19，9，23，21 ！

A，10，23，24，12，10 ！

ARSYM，X，ALL ！镜像复制

ARSYM，Z，ALL ！

ALLSEL ！

NUMMRG，KP ！合并重合的关键点

！

ESIZE，1 ！定义单元尺寸

AMESH，ALL ！划分面单元

ALLSEL ！

NUMMRG，ALL ！合并重合的项目

ASEL，S，AREA，，1，5，4 ！选择面

ASEL，A，AREA，，22，26，4 ！

ASEL，A，AREA，，43，47，4 ！

ASEL，A，AREA，，64，68，4 ！

ASEL，A，AREA，，30，72，42 ！

ASEL，A，AREA，，41，83，42 ！

ASEL，A，AREA，，20，62，42 ！

ASEL，A，AREA，，9，51，42 ！

ASEL，A，AREA，，36，78，42 ！

ASEL，A，AREA，，15，57，42 ！

ASEL，A，AREA，，75，80，5 ！

ASEL，A，AREA，，54，59，5 ！

ASEL，A，AREA，，12，17，5 ！

ASEL，A，AREA，，33，38，5 ！

ASEL，A，AREA，，53，58，5 ！

ASEL，A，AREA，，11，16，5 ！

ASEL，A，AREA，，32，37，5 ！

ASEL，A，AREA，，74，79，5 ！

ASEL，A，AREA，，10，31，21 ！

ASEL，A，AREA，，52，73，21 ！

AREVERSE，ALL ！定义面的法向

ASEL，S，，，40，82，42 ！

ASEL，A，，，19，61，42 ！

NSLA，S，1 ！

D，ALL，ALL ！约束底面

！

/SOLU ！进入求解器

ANTYPE，STATIC ！选择静态分析

ACEL，0，9.8 ！定义重力加速度

ALLSEL，all ！

SOLVE ！求解

FINI ！

（26）此时进入通用后处理器，就可以查看只在重力作用下的静态分析求解结果。

在GUI界面中选择Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu命令，弹出图13-43所示的Contour Nodal Solution Data对话框。

在Item to be contoured列表框中选择Nodal Solution＞DOF Solution＞Displacement vector sum，单击OK按钮，即可在工作区中看到位移云图，如图13-44所示。以同样的方法显示项目正应力的节点解，如图13-45和图13-46所示。

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图13-43 Contour Nodal Solution Data对话框

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图13-44 显示位移云图

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图13-45 Y方向应力云图

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图13-46 X方向应力云图

XY剪应力云图与第一主应力云图如图13-47和图13-48所示。

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图13-47 XY剪应力云图

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图13-48 第一主应力云图

在GUI界面中选择Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Vector Plot＞Predefined命令，弹出图13-49所示的Vector Plot of Predefined Vectors对话框。

选择显示的矢量为Translation U，单击OK按钮，则显示图13-50所示的平移矢量；选择显示的矢量为Rotation ROT，单击OK按钮，则显示图13-51所示的转动矢量。

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图13-49 Vector Plot of Predefined Vectors对话框

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图13-50 平动矢量

参考上述方法，显示主应力矢量，如图13-52所示。

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图13-51 转动矢量

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图13-52 主应力矢量

在GUI界面中选择Utility Menu＞Plot Ctrls＞Symbols命令，弹出图13-53所示的Symbols对话框。

在该对话框中选中All Reactions单选按钮，单击OK按钮。在GUI界面中选择Utility Menu＞Plot＞Elements命令，则在工作区中显示底部约束反力，如图13-54所示。

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图13-53 Symbols对话框

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图13-54 约束反力

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