升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI).docx

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1、升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI)一个由两根铜杆以及一根钢杆组成的支撑结构，见图8-8(a);三杆的横截面积都为A=0.1in2,三杆的端头由一个刚性梁连接，整个支撑结构在装配后承受一个力载荷以及升温的作用，分析构件的受力状况。模型中的各项参数如表8-5所示，为与文献结果进行比较，这里采用了英制单位。图8-8三杆支撑结构的受力以及计算模型表8-5三杆结构的模型参数材料参数载荷铜的弹性模量：16X1()6psi铜的热膨胀系数:92X107in/inoFQ=4000Ib钢的弹性模量:30IO6psi钢的热膨胀系数：70X107in/inoFAT二IOoF解答:计算模型如图8-8(b)所示

2、。采用2D的计算模型,使用杆单元2-DSpar(orTruss)E1ements(1INKI)来进行建模，假设杆的长度为20in,杆的间距为IOin,设定一个参考温度(70F),三杆连接的刚性梁采用约束方程来进行等效。建模的要点：首先定义分析类型并选取单元，输入实常数；建立对应几何模型，并赋予相应的单元类型所对应的编号值，采用耦合方程来进行刚性梁连接的等效在后处理中，用命令*GET来提取其计算分析结果(频率)；(4)通过命令*GET来提取构件的应力值。最后将计算结果与参考文献所给出的解析结果进行比较，见表8-60表8-6ANSYS模型与文献的解析结果的比较构件的应力/PSiReference8

3、.4(1)的结果ANSYS结果两种结果之比钢杆的应力19695.19695.1.000铜杆的应力10152.10152.1.000Reference8.4(1):TimoshenkoS.StrengthofMateria1,PartI,E1ementaryTheoryandProb1ems!3rdEdition!NewYork:D.VanNostrandCo.,Inc.,1955,30给出的基于图形界面的交互式操作(StePbySteP)过程如下。(1)进入ANSYS程序fANSYSfANSYSInteractiveWorkingdirectory(设置工作目录)-InitiaIjObname

4、(设置工作文件名)：1inkSWithTemPeratIIreR1InfOK(2)设置计算类型ANSYSMainMenu:Preferences.-*Structura1fOK(3)定义单元类型ANSYSMainMenu:PreprocessorfE1ementTypefAdd/Edit/De1ete.fAdd.f1ink:2dspar1fOK(返回到E1ementTypes窗口)fC1ose(4)定义实常数ANSYSMainMenu:PreprocessorfRea1Constants.AddfType11INK1fOKfRea1ConstantsSetNo.:J_,AREAzO1IC1os

5、e(关闭Rea1Constants窗口)(5)定义材料参数ANSYSMainMenu:PreprocessorfMateria1PropsfMateria1Mode1sfStructura11inearfIsotropicfEX:16E6(弹性模量),PRXY:。(泊松比)fOK(返回DefineMateria1Mode1Behavior窗口)fStructura1Therma1expansionfSecantCoefficientfIsotropicA1px:92E-7fOK(返回DefineMateria1Mode1Behavior窗口)fMateria1fNewmode1fStructu

6、ra1f1inearfIsotropicfEX:30E6,PRXY:0fOK(f返回DefineMateria1Mode1Behavior窗口)fStructura1fTherma1expansionfSecantCoefficientfIsotropicfA1px:70E-7fOKfC1ose(关闭材料定义窗口)(6)设定初始温度ANSYSMainMenu:Preprocessor-1oads-Define1oadsSettings-ReferenceTemp-TREF:70OK(7)构造分析模型生成节点ANSYSMainMenu:PreprocessorfMode1ingfCreatefN

7、odesfInActiveCSfNodenumber:1.X,Y,Z1ocationinactiveCSzz10,O,OApp1yf依次输入3号节点(10,O,0)、4号节点(-10,-20,0)与6号节点(10,-20,0)ANSYSMainMenu:PreprocessorMode1ingCreateNodesfFi11betweenNds用鼠标单击1、3两个节点-OKfoKANSYSMainMenu:PreprocessorMode1ing-CreateNodesFi11betweenNds用鼠标单击4、6两个节点fOKfOK生成元素并分配材料类型、实常数ANSYSMainMenu:Pr

8、eprocessor-Mode1ingfCreatefE1ements-E1emAttributesfMAT,1,TYPE,11INK1,REA1,1-OKANSYSMainMenu:Preprocessor-Mode1ingCreate-E1ementsAutoNumbered-ThruNodesf点击1,4号节点fAPP1yf点击3,6号节点fOKANSYSMainMenu:Preprocessor-*Mode1ingfCreatefE1ementsfE1emAttributes-MAT:2;TYPE:11INK1;REA1:1OKANSYSMainMenu:Preprocessor-Mo

9、de1ingfCreatefE1ementsAutoNumberedThruNodesf点击2,5号节点fOK(8)模型加约束ANSYSMainMenu:PreprocessorfCoup1ing/CeqnfCoUP1eDoFS:点击4,5,6三个节点-OKfNSET:1,1ab:UYOKANSYSMainMenu:So1utionDefine1oadsfApp1y-Structura1Disp1acementOnNodesf选取1,2,3号节点OK1ab2:A11DOFOK施加载荷ANSYSMainMenu:Preprocessorf1oadsfDefine1oadsfApp1yfStruc

10、tura1Force/MomentfOnNodes-点击5号节点-OKf1ab：FY,Va1ue:-4000-OKANSYSMainMenu:Preprocessorf1oadsfDefine1oadsfApp1y-Structura1-OtherfF1IIenCefUniformF1uenfBFUNIF：80(10)计算分析ANSYSMainMenu:Preprocessorf1oadsf1oadStepOptsOutputCtr1sfSo1uPrintoutfItem:BaSiCquantities,FREO:EVeryNthStep,Va1ueofN:1,OKANSYSMainMenu:

11、Preprocessorf1oadsf1oadStepOptsOutputCtr1sfSo1uPrintoutfItem:EIemNoda11OadS,FRE0：EVeryNthStep,Va1ueofN:1,OKANSYSMainMenu:So1utionfAna1ysisTypefNewAna1ysisfStatic-OKANSYSMainMenu:So1utionfAna1ysisTypefSonContro1sfBasicNumberofsubsteps:1ANSYSMainMenu:So1utionfSo1veCurrent1SfOKfYesfC1ose(H)计算结果ANSYSMai

12、nMenu:Genera1PostprocfE1ementTab1efDefineTab1efAdd.1ab:StrsSt,Item:BySeqUenCenumber右侧选项选择1S,下侧输入1S,IfApp1yAdd.1abStrsCo,Item:BySeaIIenCei1Umber右侧选项选择1S,下侧输入1S,If观察钢杆、铜杆各自应力ANSYSUti1ityMenu:1istfE1ementsfNodes+Attributes查看各个元素的材料分配(MAr=2代表钢铁)ANSYSUti1ityMenu:ParametersGetSca1arData.Typeofdatatoberetr

13、ieved:ReSI1ItSdata;E1emtab1edataOKfNameofparameterstobedefined:STRSSST;E1ementnumberN:STEE1E;E1emtab1edatatoberetrieved:STRS,STOKANSYSUti1ityMenu:ParametersGetSca1arData.Typeofdatatoberetrieved:ReSI1ItSdata;E1emtab1edataOK-Nameofparameterstobedefined:STRSSCO;E1ementnumberN:CoPPERE;E1emtab1edatatober

14、etrieved:STRS,COOKANSYSUti1ityMenu:1iStfStatUSfParameterSfAI1Parameters(12)退出系统ANSYSUti1ityMenu:Fi1e-ExitSaveEverything-OK针对【ANSYS算例】8.4（1）的GU1操作，提供完整的命令流。解答：提供的命令流如下。!%ANSYS算例8.4（2）%begin%/PREP7ANTYPE,STATICET,1,1INK1R,1,.1MP,EX,1,16E6MP,A1PX,1,92E-7!进入前处理!设置静力分析S!选取单元类型1（杆）!设定实常数!定义1号材料的弹性模量（铜）!定义

15、1号材料的热膨胀系数（铜）MP,EX,2,30E6!定义1号材料的弹性模量(钢)MP,A1PX,2,70E-7!定义1号材料的热膨胀系数(钢)TREF,70!定义参考温度N,1,-10!生成节点1N,3,10!生成节点3FI11!在1号节点与3号节点之间进行填充生成(即生成2号节点)N,4,-10,-20!生成节点4N,6,10,-20!生成节点6FI11!在4号节点与6号节点之间进行填充生成(即生成5号节点)E,1,4!由节点1及4生成单元E,3,6!由节点3及6生成单元MAT,2!设定材料类型2E,2,5!由节点2及5生成单元CP,1,UY,5,4,6!在节点4,5,6之间建立耦合方程D,1,A11,3!对节点123施加所有固定的位移约束F,5,FY,-4000!对节点5施加FY=-400()的力BFUNIF,TEMP,80!施加一个均匀温度载荷80(为参考温度+10)FINISH!前处理结束/SO1U!进入求解模块OUTPR,BASIC,1!计算结果的输出设置，就1步加载下的基