有限元分析技术课程大作业

有限元分析技术课程大作业

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有限元分析技术课程大作业

工程介绍：

某露天大型玻璃平面舞台的钢结构如图1所示，每个分格（图2中每个最小的矩形即为一个分格）x 方向尺寸为1m ，y 方向尺寸为1m ；分格的列数（x 向分格）=学生序号的百位数值×10+十位数值+5，分格的行数（y 向分格）=学生序号的个位数值+4，如序号为041的同学分格的列数为9，行数为5，111号同学分格的列数为16，行数为5。

钢结构的主梁（图1中黄色标记单元）为高160宽100厚14的方钢管，其空间摆放形式如图3所示；次梁（图1中紫色标记单元）为直径60厚10的圆钢管（单位为毫米），材料均为碳素结构钢Q235；该结构固定支撑点位于左右两端主梁和最中间（如不是正处于X 方向正中间，偏X 坐标小处布置）的次梁的两端，如图2中标记为U xyz R xyz 处。

玻璃采用四点支撑与钢结构连接（采用四点支撑表明垂直作用于玻璃平面的面载荷将传递作用于玻璃所在钢结构分格四周的节点处，表现为点载荷；试对在垂直于玻璃平面方向的2KN /m 的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷（人员与演出器械载荷）、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析。（每分格面载荷对于每一支撑点的载荷可等效于0.5KN 的点载荷）。

作业提交的内容至少应包括下面几项：

（1） 屏幕截图显示该结构的平面布置结构，图形中应反映所使用软件的部分界面，

如图2；

（2） 该结构每个支座的支座反力；

（3） 该结构节点的最大位移及其所在位置；

（4） 对该结构中最危险单元（杆件）进行强度校核。

2

图

1

图2

图

3

图4

题目分析：

根据序号为041，换算得钢结构框架为5行9列。且本操作中选用的单位为：（N ，mm ，MPa ）。

具体操作及分析求解：

1．创建文件并该工作文件和标题：

图

1.1

图

1.2

图1.3

图

1.4

图

1.5

图1.6

2. 选择单元类型：

根据题目要求，选择单元类型为beam-3D-2node-188单元。执行Main Menu →Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete→Add ，选择beam-3D-2node-188。如图2.1所示。

图2.1

3．定义材料属性：

该钢结构材料为碳素结构钢Q235，则将弹性模量设置为200GPa ，泊松比设置为0.3。执行Main Menu →Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic ，在EX 框中输入2.0e 5，在PRXY 框中输入0.3。操作步骤为如图3.1所示。

图3.1

4．定义梁的截面：

定义主梁和次梁的截面，执行Main Menu →Preprocessor →Sections →Beam →Common Sections ，如图4.1、4.2所示。

图4.1

图4.2

5．创建实体模型：

执行Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS，如图5-1所示，首先创建一个关键点，输入坐标为(0,0,0),单击Apply ，则第一个关键点创建成功。通过复制关键点操作，形成6行10列的关键点。然后通过1,2关键点和1,11关键点创建两条直线，再通过复制直线操作，形成5行9列个单元格，具体操作步骤为5.1-5.16所示。

图5.1

图

5.2

图5.3

图

5.4

图5.5

图

5.6

图5.7

图5.8创建直线

图5.9复制直线

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5.10

图5.11

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5.12

图5.13

图

5.14

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5.15

图5.15

图

5.16

图

5.17

图5.18

图5.18

6．为实体模型分配单元属性并划分网格：

首先，设置单元梁宽为100mm ，步骤为图6.1-6.3。然后，对梁进行单元属性分配并划分网格，步骤如图6.4-6.14。最后，合并节点，如图6.15。

图6.1

图

6.2

图6.3

图

6.4

图6.5

图

6.6

图

6.7

图6.8

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6.9

图6.10

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6.11

图6.12

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6.13

图6.14

图6.15

7. 定义分析类型并施加约束：

有限元分析类型默认为static 。对模型施加约束，如图7.1-7.4。

图7.1

图

7.2

图7.3

图7.4

8. 施加载荷

对模型施加载荷时，因模型的一个格子内载荷为2KN /m ，可等效为4这个格子的四个支撑点的集中载荷各0.5KN 。相邻处有四个格子的支撑点等效集中载荷为2KN ，相邻处有两个格子的支撑点等效集中载荷为1KN ，相邻处只有一个格子的支撑点等效集中载荷为0.5KN 。具体步骤为图8.1-8.6。

2

图8.1

图

8.2

图

8.3

图8.4

图

8.5

图8.6

9. 求解并分析：

9.1 求解

首先执行Main Menu→Solution →Solve →Current LS→OK 如图9.1、9.2，进行求解。然后分别求出支座反力，最大结点位移及所在位置，最大应力单元，最后进行强度校核。

图

9.1

图9.2

9.2座反力

执行Main Menu→General Postproc→List Results→Reaction Solu→All struct force F→OK ，如图9.3，求解结果如图9.4。

图

9.3

图9.4

9.3最大位移及其所在位置。

首先将结果排序，执行Main Menu→General Postproc→List Results→Sorted Listing→Sort Nodes ，如图9.5所示。然后执行Main Menu→General Postproc→List Results→Nodal Solution，

弹出List Nodal Solution，如图9.6，点OK 之后弹出结点位移按顺序排列的结果，如图9.7。由输出结果可知，结点最大位移位于952结点上，且其最大位移值为15.498mm 。

图

9.5

图9.6

图9.7

9.3 图形显示结果并进行强度校核

对该结构中最危险杆件单元进行强度校核，具体操作如图9.8-9.13。

图9.8

图

9.9

图9.10

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9.11

图9.12

图9.13

强度校核结果：

材料是碳素结构钢Q235，其屈服极限是235MPa ，由图9.13的计算结果可知最大应力为170.268MPa ，所以材料强度符合要求。