本文节选自我参与编写的《工程结构优化设计方法与应用》(中国铁道出版社,2015年)
例题7-1 桁架结构的多工况静力分析
问题描述:
如图7-16所示的桁架结构,横杆及竖杆的长度均为1m,各杆件截面均为1cm2,节点荷载P为10kN,通过ANSYS计算其在图示三种工况下各杆件的应力。
图7-16 桁架结构及其三种载荷工况
分析过程:
本例采用直接建模的方式构建有限元模型。ANSYS中多工况的处理按照多载荷步方式,在本例中采用多次求解的方式,注意在每一工况求解后,删除已计算工况的荷载,正确建立后续工况的荷载并求解,求解结束后对每一工况均通过单元表技术提取并绘制了轴力图。
本例题采用的APDL脚本如下:
fini |
!退出所有处理器 |
/clear |
!清除数据 |
/prep7 |
!进入前处理器 |
!Unit m N Kg Pa |
!注释行,单位系统提示。 |
ET,1,LINK180 |
!定义单元类型1为LINK180 |
R,1,1e-4, $ R,2,1e-4, |
!定义实常数, $用于分隔写在一行的相邻命令 |
R,3,1e-4, $ R,4,1e-4, |
|
R,5,1e-4, |
|
MP,EX,1,2e11 |
!定义弹性模量 |
n,1, |
!定义节点1,坐标为(0,0,0) |
n,2,,1.0, |
!定义节点2,坐标为(0,1,0) |
n,3,1.0,1.0, |
!定义节点3,坐标为(1,1,0) |
n,4,1.0,, |
!定义节点4,坐标为(1,0,0) |
REAL,1 |
!设置当前实常数为第1组 |
e,1,2 |
!通过节点1和节点2创建单元 |
REAL,2 |
!设置当前实常数为第2组 |
e,2,3 |
!通过节点2和节点3创建单元 |
REAL,3 |
!设置当前实常数为第3组 |
e,3,4 |
!通过节点3和节点4创建单元 |
REAL,4 |
!设置当前实常数为第4组 |
e,1,4 |
!通过节点1和节点4创建单元 |
REAL,5 |
!设置当前实常数为第5组 |
e,1,3 |
!通过节点1和节点3创建单元 |
d,1,,,,,,ux, |
!约束节点1的UX自由度 |
d,2,,,,,,ux,uy, |
!约束节点2的UX及UY自由度 |
fini |
!退出前处理器 |
/sol |
!进入求解器 |
!load step 1 |
!注释:第1载荷步加载及求解 |
f,3,fx, 10e3 $ f,3,fy,- 10e3 |
!LS1加载 |
solve |
!求解载荷步1 |
!load step 2 |
!注释:第2载荷步加载及求解 |
fdele,all,all |
!删除之前载荷步的荷载 |
f,4,fy,-10e3, |
!第2载荷步加载 |
solve |
!求解载荷步2 |
!load step 3 |
!注释:第3载荷步加载及求解 |
fdele,all,all |
!删除之前载荷步的荷载 |
f,4,fx,10e3, $ f,4,fy,10e3, |
!LS3加载 |
solve |
!求解载荷步3 |
fini |
!退出求解器 |
/post1 |
!进入通用后处理器 |
SET,1 |
!读入工况1的结果 |
ETABLE, ,SMISC, 1 |
!定义各杆轴力为单元表 |
PLLS,SMIS1,SMIS1,1,0 |
!绘制工况1的轴力图 |
SET,2 |
!读入工况2的结果 |
ETABLE, ,SMISC, 1 |
!定义各杆轴力为单元表 |
PLLS,SMIS1,SMIS1,1,0 |
!绘制工况2的轴力图 |
SET,3 |
!读入工况3的结果 |
ETABLE, ,SMISC, 1 |
!定义各杆轴力为单元表 |
PLLS,SMIS1,SMIS1,1,0 |
!绘制工况3的轴力图 |
通过执行上述命令,可以完成建模及各工况的计算。图7-17为分析模型的节点单元编号信息以及及各工况下的轴力图。
图中各工况下各杆件的轴力值汇总列于表7-4中
表7-4 杆件轴力计算结果汇总表(表中值×P)
杆件号 |
工况1 |
工况2 |
工况3 |
1 |
1.000 |
1.000 |
-1.000 |
2 |
2.000 |
1.000 |
-1.000 |
3 |
0.000 |
1.000 |
-1.000 |
4 |
0.000 |
0.000 |
1.000 |
5 |
-1.414 |
-1.414 |
1.414 |