在ANSYS中实现自定义梁截面

在ＡＮＳＹＳ中实现自定义梁截面

ＡＮＳＹＳ 软件是美国ＡＮＳＹＳ公司研制的一个功能强大的大型有限元分析软件,具有强大的前处理、求解和后处理功能,目前广泛应用于航空航天、核工业、铁道、石油化工、机械制造、水利水电、生物医学、土木工程、家用产品及科学研究等领域。用有限元方法进行结构分析时,要将截面划分为若干个区格,在使用ＡＮＳＹＳ进行计算时,划分截面区格数目的多少,不仅影响计算的精度,也可能影响计算的收敛性。在钢结构中梁、柱截面形状多为工字型、Ｔ型、Ｈ型等,当用ＡＮＳＹＳ软件进行钢结构分析时,ＡＮＳＹＳ提供了梁横截面库,在此截面库中包括了11种常用的截面形状。但是选用ＡＮＳＹＳ截面库提供的截面无法对该截面的翼缘、腹板进行区格的划分。为此采用一种自定义截面形状和尺寸的方法,解决了上述问题,实现了截面区格的划分。具体原则及示例见下述.

1.自我定义梁、柱截面

1.1 单元类型的选择

在ＡＮＳＹＳ中有许多单元,如梁单元、壳单元等,用户应根据计算类型、计算方法、材料等,选择单元类型。

1.2 数据输入并计算

(1)输入材料属性:如材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等。

(2)算出并依次输入截面各点坐标值,将输入的点依次用线连结起来并建立面。

1.2 对各个面进行布尔操作

将各个面进行粘接以及分割操作,防止在截面连接处网格划分困难。

1.3 截面区格的划分

其中包括定义网格尺寸和网格划分。根据计算精度和计算工作量确定网格尺寸。网格越密,计算精度越高,但是计算工作量越大。

1.4 模块的保存

将自定义并且划分区格的截面存入事先建立的截面库中,以备日后使用。

1.5 残余应力问题

先定义初应力文件,然后在结构分析中的第一个载荷部中施加残余应力。通过上述过程就能实现截面区格的划分,使具体结构分析得以顺利进行。

2 建模实例

以工字形梁截面为例,该梁材料为Ｑ235钢,截面尺寸如下:

翼缘宽ｂ=50ｍｍ、厚ｔ1=5ｍｍ;腹板高ｈ0=90ｍｍ、梁截面高ｈ=100ｍｍ、厚为ｔｗ=4.5ｍｍ;材料的弹性模量Ｅ=206000Ｎ/ｍｍ2,泊松比(即泊松系数)为μ=0.3。具体步骤如下:

2.1 在ＡＮＳＹＳ下创建文档

(1)在根目录下设置截面库文件夹(若在ＡＮＳＹＳ、中文件名必须为英文,),如Ｅ:\\ｓｅｃｔｉｏｎ。

(2)启动ＡＮＳＹＳ,建立工作文件夹和文件名后(如工作目录为Ｅ:\\ｓｅｃ ｔ

ｉｏｎ,工作文件名为ａ1),进入ＡＮＳＹＡ的用户图形界面。

(3)选择主菜单ＡＮＳＹＳＭａｉｎＭｅｎｕ中的Ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ命令,弹出ＰｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒＧＵＩＦｉｌｔｅｒｉｎｇ对话框,选择Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ后单击ＯＫ按钮关闭对话框

2.2 定义单元

选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|ＥｌｅｍｅｎｔＴｙｐｅ|Ａｄｄ/Ｅｄｉｔ/Ｄｅｌｅｔｅ命令,弹出单元列表对话框,单击对话框中的Ａｄｄ按钮,添加单元。弹出选择单元对话框,在此对话框中选择Ｂｅａｍ组中的3Ｄ3ｎｏｄｅ189选项,即选择了ＢＥＡＭ189单元。单击ＯＫ按钮,再单击Ｃｌｏｓｅ按钮关闭对话框。

2.3 设定材料属性

(1)选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|ＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｐｓ|ＭａｔｅｒｉａｌＭｏｄｅｌｓ命令,弹出设置材料属性的对话框。

(2)单击对话框中右边的项目:Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ|Ｌｉｎｅａｒ|Ｅｌａｓｔｉｃ|Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ,弹出设置弹性模量和泊松系数的对话框。

(3)在对话框中输入材料的弹性模量ＥＸ为“206000”,泊松系数ＰＲＸＹ为“0.3”,单击ＯＫ按钮,再单击Ｃｌｏｓｅ按钮关闭对话框

2.4 关键点、线、面的创建

(1)选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|Ｍｏｄｅｌｉｎｇ|Ｃｒｅａｔｅ|Ｋｅｙｐｏｉｎｔｓ|ＩｎＡｃｔｉｖｅＣＳ命令,弹出设置关键点的对话框。

(2)在对话框中依次输入下列16个关键点的编号和坐标,完成每一个关键点,单击Ａｐｐｌｙ按钮,16个关键点都完成后,单击ＯＫ按钮关闭对话框。各关键点的编号和坐标如下:

1(0,0,0); 2(50,0,0); 3(50,5,0); 4(0,5,0); 5(22.75,5,0); 6(27.25,5,0); 7(22.75,95,0); 8(27.25,95,0); 9(0,95,0); 10(50,95,0); 11(50,100,0); 12(0,100,0); 13(22.75,100,0); 14(27.25,100,0); 15(22.75,0,0); 16(27.25,0,0)。

(3)创建直线:选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|Ｍｏｄｅｌｉｎｇ|Ｃｒｅａｔｅ|Ｌｉｎｅｓ|Ｌｉｎｅｓ|ＳｔｒａｉｇｈｔＬｉｎｅ命令,弹出拾取对话框。在图形显示区依次选择1、2;2、3;3、4;5、6;6、8;8、7;7、5;9、10;10、11;11、12;12、9关键点,创建直线完成后,单击ＯＫ按钮关闭对话框。

(4)创建面:选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|Ｍｏｄｅｌｉｎｇ|Ｃｒｅａｔｅ|Ａｒｅａｓ|Ａｒｂｉｔｒａｒｙ|ＢｙＬｉｎｅｓ命令,弹出拾取对话框。在图形显示区依次选择直线,创建面完成后,单击ＯＫ按钮关闭对话框。

2.5 布尔操作

(1)利用粘接运算将各截面连接为整体:选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|Ｍｏｄｅｌｉｎｇ|Ｏｐｅｒａｔｅ|Ｂｏｏｌｅａｎｓ|Ｇｌｕｅ|Ａｒｅａｓ命令,弹出拾取对话框,单击ＰｉｃｋＡｌｌ按钮,再单击ＯＫ按钮关闭对话框。

(2)创建分隔直线:同2.7,连接关键点7、13;8、14;5、15;6、16。

(3)选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|ＭｏｄｅｌｉｎｙＬｉｎｅ命令,弹出拾取对话框,分别拾取面及线,单击ＯＫ按钮关闭对话框。

2.6 网格尺寸的定义及单元的划分

(1)网格尺寸的定义:选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|Ｍｅｓｈｉｎｇ|ＳｉｚｅＣｎｔｒｉｓ|ＭａｎｕａｌＳｉｚｅ|Ｌｉｎｅｓ|ＰｉｃｋｅｄＬｉｎｅｓ命令,弹出拾取对话框,选中线后弹出设定单元尺寸对话框。在对话框中的ＮＤＩＶ栏中输入单元数目,如每半个翼缘划分4个单元,腹板高度划分8个单元。单击ＯＫ按钮关闭对话框。

(2)划分单元:选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|Ｍｅｓｈｉｎｇ|ＭｅｓｈＴｏｏｌ命令,弹出拾取对话框,单击Ｌｉｎｅｓ处的Ｓｅｔ按钮,单击ＰｉｃｋＡｌｌ按钮。注意此时不可单击Ｍｅｓｈ按钮。

2.7 截面模块的保存

将此截面保存到截面库:选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓ ｓｏｒ|Ｓｅｃｔｉｏｎｓ|Ｂｅａｍ|ＣｕｓｔｏｍＳｅｃｔｎｓ|ＷｒｉｔｅＦｒｏｍＡｒｅａｓ命令,弹出拾取对话框,在对话框中单击ＰｉｃｋＡｌｌ按钮,弹出ＷｒｉｔｅＳｅｃｔｉｏｎＬｉｂｒａｒ

ｙＦｉｌｅ对话框。在此对话框中的ＦＩＬＥ栏中输入文件名,如“ｂｅａｍ.ｓｅｃｔ”,单击ＯＫ按钮关闭对话框。

2.8 模块的调用

如果要读取此截面,选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|Ｓｅｃｔｉｏｎｓ|Ｂｅａｍ|ＣｕｓｔｏｍＳｅｃｔｎｓ|ＲｅａｄＳｅｃｔＭｅｓｈ命令,弹出ＵｓｅｒＤｅｆｉｎｅｄＭｅｓｈ对话框,在对话框中的ＳｅｃｔｉｏｎＮａｍｅ栏中输入文件名“ｂｅａｍ.ｓｅｃｔ”,单击ＯＫ按钮关闭对话框;如果要查看此截面的截面特性,选择主菜单中的Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ|Ｓｅｃｔｉｏｎｓ|Ｂｅａｍ|ＰｌｏｔＳｅｃｔｉｏｎ命令,弹出ＰｌｏｔＢｅａｍＳｅｃｔｉｏｎ对话框,在对话框中输入文件名“ｂｅａｍ.ｓｅｃｔ”并将ＳｈｏｗＳｅｃｔｉｏｎＭｅｓｈ改为Ｙｅｓ(默认为Ｎｏ),单击ＯＫ按钮关闭对话框,可以看到截面特性图.