桁架溫度應力ANSYS分析

2017-02-17 by:CAE仿真在線來源:互聯網

一、問題描述

設橫梁ACB的變形可以省略不計(即ACB為剛體),鋼桿AD的橫截面面積A1= 100 mm2,長度L1=330mm,彈性模量E1= 210 GPa,線脹系數α1=12.5E-6 ℃-1;銅桿BE相應數據A2= 200 mm2,L2 =220mm,E2= 100 GPa,α1=16.5E-6 ℃-1。如溫度升高30℃,試求兩桿的軸向應力。

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二、理論計算

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解析解參考《材料力學 I》,第5版,劉鴻文,第43頁。

三、GUI求解步驟

1.進入ANSYS

程序→ ANSYS → ANSYSProduct Launcher → 改變working directory到指定文件夾→ 在job name輸入:Link → Run。job name可默認為file。

2.定義工作文件名及工作標題

(1)定義工作文件名:UtilityMenu > File > Change Jobname → Change Jobname → 輸入文件名Link→ OK。可不用輸入,默認為file。

(2)定義工作標題:UtilityMenu > File > Change Title → Change Title → 輸入Link→ OK。可不用輸入。

3.定義單元屬性

(1)定義單元類型

①定義鋼桿和銅桿的單元類型:MainMenu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete → Add → 在左列表框中選擇Link,在右列表框中選擇3Dfinit stn 180 → OK → Close。

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②定義橫梁的單元類型:MainMenu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete → Add → 在左列表框中選擇Constraint,在右列表框中選擇NonlinearMPC 184 → OK 。

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設置MPC184的單元選項,在ElementTypes對話框中選擇Type2 MPC184 → Options → Rigid Beam → OK → OK → Close。

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(2)定義實常數:MainMenu > Preprocessor > Real Constants > Add → Type 1 → OK → RealConstant Set No.:1,AREA:100 → Apply,RealConstant Set No.: 2,AREA: 200 → OK → Close。

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(3)設置材料屬性

①設置鋼桿的彈性模量和泊松比:MainMenu > Preprocessor > Material Props > Material Models → Structural → Linear→ Elastic → Isotropic → EX:2.0E5,PRXY:0.3→ OK。

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設置鋼桿的線脹系數:Main Menu > Preprocessor > Material Props > MaterialModels → Structural → Thermal Expansion → Secant Coefficient → Isotropic → ALPX:12.5e-6→ OK。

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②設置銅桿的材料屬性

定義第2種材料屬性:Edit→ Copy → OK → Material Models Number 2 → Linear Isotropic → 修改成EX:1.0E5,PRXY:0.3→ ALPX:16.5e-6→ OK。

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③設置橫梁的材料屬性:在DefineMaterial Model Behavior → Material → New Model → ID:3→ Thermal Expansion → Secant Coefficient → Isotropic → ALPX:0→ OK。

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4.建立模型

(1)定義節點:MainMenu > Preprocessor > Create > Nodes > In Active CS → 依次輸入5個節點坐標1(0,330,0),2(0,0,0),3(240+150,220,0),4(240+150,0,0),5(240,0,0)→ OK。

(2)定義單元:

①定義鋼桿單元:MainMenu > Preprocessor > Create > Elements > Auto Numbered > ThruNodes → 拾取節點1和2→ OK。

②定義銅桿單元:

指定單元的實常數:MainMenu > Preprocessor > Create > Elements > Elem Attributes → Realconstant set number 2(見下圖)→ OK。

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創建單元:MainMenu > Preprocessor > Create > Elements > Elem Attributes → Realconstant set number 2 → OK。AutoNumbered > Thru Nodes → 拾取節點3和4→ OK。

③定義橫梁剛性梁單元:MainMenu > Preprocessor > Create > Elements > Elem Attributes → ElementType Number:2,MaterialNumber:3→ OK。AutoNumbered > Thru Nodes → 拾取節點2和5→ Apply → 拾取節點5和4→ OK。

④打開桿單元的單元形狀:Utility Menu > PlotCtrls > Style> Size and Shape → [/ESHAPE]: On。

5.施加邊界條件并求解

(1)施加約束:Main Menu > Solution> Define loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes → 拾取節點1、3和5 → OK → Lab2:All DOF → OK。

為了使C點能夠轉動,需刪除轉動自由度。Main Menu > Solution> Define Loads > Delete > Structural > Displacement > On Nodes →拾取節點5→ ROTZ → OK。

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(2)定義參考溫度:MainMenu > Solution > Define Loads > Settings > Reference Temp →20 →OK。

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(3)施加溫度:MainMenu > Solution > Define Loads > Settings > Uniform Temp →50 →OK。施加的溫度與參考溫度的差值為溫度升高值。

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(4)求解前保存模型:UtilityMenu > Files > Save as → 輸入Link_Load.db→ OK。

(5)求解:MainMenu > Solution > Solve > Current LS → File > Close → Solve CurrentLoad Step → OK → Solution is done → Close。

(6)保存結果文件:UtilityMenu > Files > Save as → 輸入Link_Solve.db→ OK。

6.后處理

(1)查看各節點位移:

①云圖顯示:MainMenu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu→ DOF solution → Y - component of displacement(Y方向的位移)→ OK。

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②列表顯示:MainMenu > General Postproc > List Results > Nodal solu → DOF solution → Y- component of displacement(Y方向的位移)→ OK。

(2)查看各單元軸力:

①查定義LINK180軸力單元表的方法:打開ANSYSHelp,搜索LINK180。

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找到LINK180的單元介紹頁面后,找Table180.1: LINK180 Element OutputDefinitions,在Name欄中FORCE便是軸力,Sxx是軸向應力。

找Table180.2: LINK180 Item and Sequence Numbers,表中OutputQuantity Name列找到FORCE,Item為SMISC,編號為1。

②選擇鋼桿和銅桿單元:UtilityMenu > Select > Entities → 見下圖→ OK。

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③定義軸力單元表:MainMenu > General Postproc > Element Table > Define Table,→ Lab:輸入FN→ Item:選擇Bysequence num → Comb:選擇SMISC,在SMISC后面輸入“1” → OK → Close。

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④軸力列表顯示:Main Menu > General Postproc > Element Table > List Element Table→ 選擇FN → OK → 記錄各個單元的軸力 → File → Close。

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⑤畫軸力圖:MainMenu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Line ElemRes(見圖1.5)→ LabI選擇FN,LabJ選擇FN→ OK。

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(4) 查看各單元應力:

①定義軸向應力單元表:MainMenu > General Postproc > Element Table > Define Table,→ Lab:輸入Stress_I→ Item:選擇Bysequence num → Comb:選擇LS,在LS后面輸入“1” → OK → Apply → Lab:輸入Stress_J→ Item:選擇Bysequence num → Comb:選擇LS,在LS后面輸入“2”→ OK → Close。