1. Выбор типа анализа, типа элементов и их параметров, свойств материала

• Выбор типа анализа:

Main MenuPreferencesвыбрать individual discipline(s) - Structural OK

Тип анализа определяет физическую задачу, которая будет решаться (Structural – задачи механики твердого тела). Это позволяет активизировать только те пункты главного меню, которые соответствуют указанному типу задачи.

• Выбор типов элементов, используемых в расчете:

Подходящими конечными элементами (КЭ) для плоских балок являются балочные элементы BEAM 3. Эти элементы имеют два узла на концах и работают на сжатие и растяжение и изгиб.

Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAdd

StructuralBeam  2D elastic 3OK  Close

Установить опции КЭ:

• Задание реальных постоянных

Main MenuPreprocessorReal Const  Add  отметить BEAM 3 OK

Ввести в открывшемся окне: Real Constant for BEAM3 геометрические характеристики поперечного сечения КЭ (в примере введены характеристики двутавра №27). «По умолчанию» в ANSYS используется международная система физических единиц СИ.

• Задание свойств материала (сталь в системе единиц СИ)

Main MenuPreprocessorMaterial Models StructuralLinear ElasticIsotropicвводим значенияOK

В таблице ввести : EX 2E11(модуль упругости стали, Н/м²)

PRXY 0.3 (коэффициент Пуассона стали)

2. Создание конечно-элементной модели балки.

• Создание узлов балки

Узлы балки создаются в активной системе координат, «по умолчанию» это глобальная декартовая система координат XYZ. Оси X и Y расположены в плоскости графического окна, ось X направлена вправо, ось Y – вверх. Ось Z направлена на пользователя перпендикулярно экрану.

Балку необходимо разбивать на КЭ BEAM3 так, чтобы в пределах каждого элемента были бы постоянными изгибные жесткости , распределенные нагрузки менялись бы максимум линейно, а внутри элементов не находились бы опоры и точки приложения активных сил и моментов. Однако эпюры в ANSYS линейны в пределах одного КЭ и строятся по значениям характеристик на концах элементов. Между тем известно, что эпюры изгибающих моментов изменяются по квадратичному закону на тех участках, где заданы постоянные распределенные нагрузки. Поэтому, для более точной аппроксимации эпюр изгибающих моментов кусочно-линейными функциями, стержни, нагруженные распределенными нагрузками, необходимо дополнительно разбивать на ряд КЭ.

Узлы создаются последовательно вручную. Совокупность узлов строится командами:

Preprocessor Modeling Create  Nodes  In active CS Ввести номер и координаты узла в соответствии с исходными данными (ниже в примере приведены номер и координаты первого узла, расположенного в начале координат) Apply

Ввести номер и координаты следующего узла Apply Ввести номер и координаты последнего узла OK

• Дополнительные узлы на участках с распределенной нагрузкой удобно генерировать командой Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create Nodes Fill between Nds  выбрать курсором два узла, ограничивающие участок .  OK

По этой команде генерируется ряд из NFILL узлов, расположенных равномерно (при опции SPACE = 1) между указанными узлами NODE1 и NODE2. По умолчанию NFILL = | NODE2 ─ NODE1 | ─ 1. Первому из генерируемых узлов присваивается номер NSTRT, следующему – NSTRT + NINC и т.д. При использовании для NFILL величины «по умолчанию» значения NSTRT и NINC можно не вводить.

Для контроля геометрического построения узлов установите отображение их номеров:

ANSYS Utility MenuPlotCtrlsNumbering Node On

Удобство визуального контроля обеспечивается использованием меню

Utility Menu PlotCtrls Pan, Zoom, Rotate

Создание конечных элементов:

Main Menu  Preprocessor  Modeling Create  Elements  -Auto Numbered- Thru Nodes  Выбрать «мышью» два узла, определяюших очередной КЭ  Apply  …  Apply …  Выбрать «мышью» два узла, определяюших последний создаваемый КЭ  OK.

Для контроля созданных КЭ визуализируйте их и установите отображение их номеров:

ANSYS Utility MenuPlot Elements

ANSYS Utility MenuPlotCtrlsNumbering -Elem / Atrib numbering -Element numbers Ok

Для удобного расположения модели на экране использовать меню

Utility Menu PlotCtrls Pan, Zoom, Rotate

• Приложение граничных условий

Main Menu Preprocessor LoadsDefine Loads Apply - Structural  Displacement  On Nodes  выбрать курсором очередной узел  Apply  выбрать ограничиваемые степени свободы  Apply… … выбрать последний узел  Ok  выбрать ограничиваемые степени свободы  Ok

Степенями свободы КЭ BEAM3 являются узловые перемещения UX, UY и угол поворота ROTZ.

• Приложение нагрузок

Для балочного элемента BEAM3 силы F считаются положительными, если их направления совпадают с положительным направлением оси Oy. Наоборот, распределенные нагрузки q считаются положительными, если их направления противоположны направлению +y. Наконец, моменты положительны при направлениях вращения против часовой стрелки.

Приложение сосредоточенных сил и моментов

Main Menu Preprocessor  Loads Define Loads  Apply  Structural Force / Moment  On Nodes  выбрать курсором узелApply (если приложение нагрузок будет продолжено) или Ok, (если приложение нагрузок завершается).

В появившемся диалоговом окне следует указать:

- направление глобальной системы координат, в котором действует усилие (элемент выпадающего списка Lab: сила по оси X – пункт FX, сила по оси Y – пункт FY, момент по оси Z – пункт MZ):

- величину силы в системе СИ с учетом знака (поле ввода VALUE).

Apply (если приложение нагрузок будет продолжено)

или Ok, (если приложение нагрузок завершается).

Приложение распределенных нагрузок

Main Menu Preprocessor  Loads  Apply  - Structural –

Pressure  On Beams выбрать курсором элементы Apply (если приложение нагрузок будет продолжено) или Ok, (если приложение нагрузок завершается).

В появившемся диалоговом окне следует указать величину распределенной нагрузки в системе СИ с учетом знака (поле ввода VALI).

Apply (если приложение нагрузок будет продолжено)

или Ok, (если приложение нагрузок завершается).

Установление характера отображения внешних нагрузок:

Utility Menu PlotCtrls Symbols

- Boundary condition symbol - All Applied BCs

- Surface Load Symbols - Pressures

- Show press and convect as - Face outlines

3. Запуск на решение

Main MenuSolution - Solve - Current LS

В окне Solve Current Load Step  OK

После появления сообщения “Solution is Done” нажмите Close в этом окне.

Закройте окно листинга /STAT Command

4. Просмотр результатов расчета

Вход в меню постпроцессора:

Main MenuGeneral Postproc

В окне ввода с клавиатуры набрать команды

Etable, qyi, smisc,2,Enter

Etable, qyj, smisc,8,Enter

Etable, mzi, smisc,6,Enter

Etable, mzj, smisc,12,Enter

Etable, smaxi, nmisc,1,Enter

Etable, smaxj, nmisc,3,Enter

Etable, smini, nmisc,2,Enter

Etable, sminj, nmisc,4,Enter

• Графическое отображение результатов расчета (эпюры поперечных сил, изгибающих моментов, максимальных и минимальных напряжений):

Main MenuGeneral Postproc Plot ResultsLine Elem Res 

В открывшемся окне выбираем параметры на концах КЭ (в примере – значения изгибающих моментов) Ok

В графическом окне получаем эпюру изгибающих моментов:

• Вывод на экран таблицы со значениями параметров в конечных элементах

Main MenuGeneral Postproc List Results Elem Table Data 

в открывшемся окне выбрать, например, MZI, MZJ Ok

На экран выводится таблица со значениями изгибающих моментов в КЭ:

• Вывод на экран таблицы со значениями опорных реакций

Main MenuGeneral Postproc List Results Reaction solu…

выбрать All items Ok

• Вывод на экран таблицы со значениями прогибов в узлах

Main MenuGeneral Postproc List ResultsNodal solution

выбрать DOF solution UY  Ok

5. Сохранение файла модели

Для сохранения модели на диске используется пункт меню:

Utility Menu File  Save as

В появившемся окне выпадающий список Drivers служит для выбора диска. В списке Directories выбрать каталог для записи файла. В поле ввода Save Database to ввести имя сохраняемого файла.