ansys有限元受力分析.docx
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ansys有限元受力分析
起重机桁架结构的受力分析
摘要：
本文利用ansys14.5平台研究货物起重机的受力情况，通过对起重机架的建模和求解，进一步熟悉了ansys的分析过程，并求出了起重机架的变形，位移和应力等方面的力学量，为起重机架结构和材料的改进提供了依据。
1引言
如下图所示的货物起重机，由两个桁架结构组成，它们通过交叉支撑结合在一起。
每个桁架结构的两个主要构件是箱型钢架。
每个桁架结构通过内部支撑来加固，内部支承焊接在方框钢架上。
连接两个桁架的交叉支承销接在桁架结构上。
所有构件材料都是中强度钢，EX=200E9Pa，EY=300E9Pa，μ=0.25，G=80E9。
它在端部承受10KN沿Y轴负方向的载荷时，用有限元软件求出最大受力点及应力和位移情况。
桁架结构主要构件梁截面
内部支承及交叉支承梁截面
2计算模型
2.1设置工作环境
图2.1
启动MechanicalAPDLProductLauncher14.5，弹出MechanicalAPDLProductLauncher14.5窗口。
设置参数、工作目录、工作名称，单击Run进入ANSYS14.5GUI界面。
在主菜单元中选择Preferences命令，选择分析类型为Structural，单击OK按钮，完成分析环境设置，如图2.1所示。
2.2定义单元与材料属性
在GUI界面中选择MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/
Delete命令，弹出图2.2所示的ElementType对话框，选择单元类型为LINK180，单击OK按钮
图2.2
在GUI界面中选择MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels命令，弹出图2.3所示的DefineMaterialModelBehavior对话框，选择材料模型为结构、线性、弹性、各向异性，然后输入EX=2E11，EY=3E11，P
RXY=0.25，GXY=8E10，输入密度7800，单击OK按钮完成。
图2.3
下面定义截面特性，在GUI中选择MainMenu→Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete命令，弹出RealConstants对话框，单击Add按钮选择LINK180，输入实常号1，截面积0.0014，单击Apply按钮，设置常数编号2，截面积0.0011，单击OK按钮完成，此时RealConstants对话框中列出了已定义的两个不同的实常数，完成单元及材料属性的定义，如图2.4和图2.5所示。
2.3建立有限元模型
在GUI界面中选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>InActiveCS命令，弹出CreateNodesinActiveCoordinateSystem对话框。
输入第一个节点号11以及节点11的坐标，单击Apply按钮，继续输入节点号及坐标，直至完成所有的节点号和坐标，直至完成表2-1所示的所有节点，结果如图2.6所示。
节点号
X
Y
Z
11
0
0
1
12
2
3/8
0.1+0.9/4*3
13
4
6/8
0.1+0.9/4*2
14
6
9/8
0.1+0.9/4*4
15
8
12/8
0.1
16
16/3
8/6
0.4
17
8/3
7/6
0.7
18
0
1
1
21
0
0
-1
22
2
3/8
-（0.1+0.9/4*3）
23
4
6/8
-（0.1+0.9/4*2）
24
6
9/8
-（0.1+0.9/4）
25
8
12/8
-0.1
26
16/3
8/6
-0.4
27
8/3
7/6
-0.7
28
0
1
-1
表2-1
图2.6
在GUI界面中选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>ElemEnts>ElemAttributes命令，弹出如图2.7所示的ElementAttributes对话框。
设置参数如图所示，单击OK按钮完成，在GUI界面选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes命令，弹出所示对话框，将工作区中的11号节点与12号节点连接，单击Apply按钮，生成
单元，继续如下表2-2所示连接，生成结果如图所示
节点1
节点2
11
12
12
13
13
14
14
15
15
16
16
17
17
18
18
12
12
17
17
13
13
16
16
14
21
22
22
23
23
24
24
25
25
26
26
27
27
28
28
22
22
27
27
23
23
26
26
24
表2-2
图2.7
在GUI界面中选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Element
s>ElemAttributes命令，弹出ElementAttributes对话框。
将实常数改为2，如图2.8所示。
在GUI界面中选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes命令，将表2-3所示节点连接成单元。
完成的单元如图所示。
在命令输入/ESHAPE，1运行，可以在工作区中显示单元的实际模型如图2.9和2.10所示。
节点1
节点2
12
22
13
23
14
24
16
26
17
27
22
17
23
16
26
14
表2-3
图2.8
图2.9
图2.10
2.4施加边界条件
由于建立的是有限元模型，直接生成了节点和单元，所以跳过划分网格，直接进入加载步骤。
在界面中选择MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structual>Displacement>OnNodes命令，弹出对话框，在工作区域拾取11、21、18、284个节点，如图所示，单击OK按钮，弹出对话框，选择ALLDOF，单击OK按钮，完成节点约束，如图2.11所示。
图2.11
在界面中选择MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes命令，弹出图所示的对话框，在工作区中拾取节点15，单击OK按钮，弹出ApplyF/MonNodes对话框在对话框中选择施加载荷的方向为FY，加载方式为常量，大小为-10000，单击OK按钮完成加载，加载完成如图2.12所示。
接下来耦合节点自由度。
在界面中选择MainMenu→Preprocessor→coupling/Ceqn→CoupleDOFs命令，弹出DefineCoupledDofs。
在工作区中选择节点15和节点25，单击OK按钮，在弹出的DefineCoupledDOFs对话框。
输入耦合节点编号1，选择要耦合的自由度为ALL，单击OK按钮，完成边界条件施加。
过程如图2.13所示。
图2.13
3求解结果
完成了建模，施加边界条件，完成了计算前的准备工作，然后进行求解，在GUI界面选择MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS命令，完成求解，结果如下图所示。
图2.14起重机桁架的变形图
图2.15起重机桁架位移图
图2.16起重机桁架平移矢量
图2.16起重机桁架X方向应力图
图2.17起重机桁架第一主应力
图2.18起重机桁架支反力
图2.19起重机桁架X方向的轴力
图2.20应力最大的点的坐标及坐标信息
4结论
由以上的分析可以看出起重机桁架所受的最大变形是0.019342m,在10000N力的作用下其变形很小，根据国标GB/T10051.1-1988，说明起重机材料和变形是满足使用要求的。
从平移矢量图可以看出，其变形情况和桁架受力情况一致；从分析结果还可看到其最大应力为0.288E8Pa,并可看到最大应力对应的坐标信息，由此就找出了起重机桁架最容易失效的地方，为构件结构和材料的改进提供了依据。
参考文献
1曾攀.有限元基础教程.北京：
高等教育出版社，2009
2张建伟.ANSYS14.0超级学习手册.北京：
人民邮电出版社，2013
3刘浩.ANSYS15.0有限元分析.北京：
机械工业出版社，2014
附录log文件
/BATCH
01/06/2015
/COM,ANSYSRELEASE14.5UP2012091816:
13:
00/input,menust,tmp,''
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/PLO,INFO,3
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WPSTYLE,,,,,,,,0
!
*
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/GO
!
*
/COM,
/COM,PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:
/COM,Structural
!
*
/PREP7
!
*
ET,1,LINK180
!
*
!
*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
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*
R,2,0.0011,0,0
!
*
n,11,0,0,1n,12,2,3/8,0.1+0.9/4*3n,13,4,6/8,0.1+0.9/4*2n,14,6,9/8,0.1+0.9/4n,15,8,12/8,0.1n,16,16/3,8/6,0.4n,17,8/3,7/6,0.7n,18,0,1,1n,21,0,0,-1n,22,2,3/8,-（0.1+0.9/4*3）n,23,4,6/8,-（0.1+0.9/4*2）n,24,6,9/8,-（0.1+0.9/4）n,25,8,12/8,-0.1n,26,16/3,8/6,-0.4n,27,8/3,7/6,-0.7n,28,0,1,-1
TYPE,1MAT,1REAL,1
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SECNUM,TSHAP,LINE!
*
e,11,12
e,12,13
e,13,14
e,14,15
e,15,16
e,16,17
e,17,18
e,18,12
e,12,17
e,17,13
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e,22,23
e,23,24
e,24,25
e,25,26
e,26,27
e,27,28
e,28,22
e,22,27
e,27,23
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e,26,24
TYPE,1
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!
*
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!
*
/GO
D,P51X,,,,,,ALL,,,,,FLST,2,1,1,ORDE,1FITEM,2,15
!
*/GO
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FLST,4,2,1,ORDE,2
FITEM,4,15
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FINISH/SOL/STATUS,SOLU
SOLVE
FINISH
/POST1
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!
*
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*
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!
!
*
PLVECT,U,,,,VECT,ELEM,ON,0!
*
/PSF,DEFA,,1,0,1
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!
*
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!
*
EPLOT
!
*
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!
*
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FINISH
!
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