有限元基础及ANSYS应用 – 第8节 – 梁系结构的ANSYS分析

以上课可所讲的梁结构的变形问题为例，用ANSYS Mechanical APDL软件对其开展分析，以ANSYS 17.0版本为例，具体过程如下：

为方便及，再把上节课的算例贴出来

注意：
ANSYS中的默认截面放置方式为，yOz平面，即该工字梁置于yOz平面上！

2.4 定义材料属性

Main Menu中，Preprocessor -> Material Props -> Material Models，
在打开的Define Material Model Behavior窗口中，选择Structural -> Linera -> Elastic -> Isotropic，
在打开的对话框中的EX输入弹性模量为3.1e13，单位为Pa，PRXY为泊松比，无需指定，因为梁单元中只涉及到弹性模量E和截面积A而已。OK确认，它会提醒你PRXY被设成0了，确认。

2.5 创建关键点

Main Menu中，Preprocessor -> Modeling -> Create -> Keypoints -> In Active CS，
在Create Keypoints in Active Coordinate System对话框中，
输入节点编号1，坐标0，0，0，Apply；
输入节点编号2，坐标13，0，0，Apply；
输入节点编号3，坐标21，0，0，Apply；
输入节点编号4，坐标29，0，0，Apply；
输入节点编号5，坐标37，0，0，Apply；
输入节点编号6，坐标50，0，0，OK；

2.6 创建直线

Main Menu中，Preprocessor -> Modeling -> Create -> Lines -> Lines -> Straight Line，
在Create Straight Line对话框中，用鼠标图形窗口拾取1，2点，或者直接输入1,2（注意是英文逗号），Apply，即可生成从关键点1到关键点2的线1了。
同样方法，用2-3，3-4，4-5，5-6关键点分别生成线2、3、4、5。

3. 求解

3.1 设置分析类型

Main Menu中，Solution -> Analysis Type -> New Analysis，保持默认的Static静态分析，OK。

3.2 施加约束（施加边界条件）

Main Menu中，Solution -> Define Loads -> Apply -> Structural -> Displacement -> On Keypoints，
在弹出的Apply U,ROT on KPs选择框中，输入Keypoint1的编号1，或者用鼠标在图形窗口中点选关键点1，OK，
左端点为铰支边界，在弹出的Apply U,ROT on KPs对话框中，DOFs to be constrained（限定自由度）选项中，选中UX、UY、UZ、ROTX、ROTY，即限制该点在X、Y、Z方向的位移和绕X、Y轴的旋转，仅保留其绕Z轴的旋转，OK确定。
右端点为滑动支撑边界，同样的处理方法，给Keypoint关键点6添加边界条件，注意其应该限制UY、UZ和ROTX、ROTY，保留其X方向的位移和绕Z轴的旋转，OK确定。
施加好后，可以看到边界点上黄色小三角表明其该方向位移被限制了，蓝色小三角表明其绕该轴旋转被限制住了。

3.4 求解

Main Menu中，Solution -> Solve -> Current LS，
跳出的/STATUS Command是对当前待求解问题的描述，直接点击Solve Current Load Step中的OK，没几秒就算好了，点击Close关闭提示算好的信息窗口。
注意：如果没有展开计算，提示错误，那可能是前面某个地方没有设置好，比如边界条件没有完全施加，外载荷没有施加，截面面积未给定，弹性模量没指定等。

4 后处理

4.1 查看变形状态

Main Menu中，General PostProc -> Plot Results -> Deformed Shape，
在Plot Deformed Shape窗口中，选择Def + undeformed，OK。
不难发现，梁发生了对称的下完变形！与预期一致，且最大位移为-0.14767m，和上节课理论分析、有限元分析所得结果完全吻合。

4.4 绘制剪力图和弯矩图

对于梁来说，一个非常重要的结果展示便是弯矩图和剪力图了。

首先还是要定义单元表，
Main Menu中，General PostProc -> Element Table -> Define Table，

在Element Table Data中Add…，
在Define Additional Element Table Items中，Lab中输入“M1”，Item,Comp中选择By sequence num和SMISC，右下方文本框中输入“SMISC,3”，OK。这个量对应的是梁单元左侧节点的弯矩M_1。

在Element Table Data中Add…，
在Define Additional Element Table Items中，Lab中输入“Q1”，Item,Comp中选择By sequence num和SMISC，右下方文本框中输入“SMISC,6”，OK。这个量对应的是梁单元左侧节点的剪力Q_1。

这会在Element Table Data中可以看到定义好的4个量了，Close来关闭它。
画出来的弯矩图如下，跟上节课的理论分析、有限元分析结果是完全一样的！

画出来的剪力图如下，跟上节课的理论分析、有限元分析结果是完全一样的！

5. 关闭软件

Utility Menu中，File -> Exit…，在Exit对话框中勾选Save Everything，OK。保存相关几何模型、设置参数、计算结果，并关闭该软件。

来源：梅冠华