ANSYS 中计算实体截面内力的方法

ANSYS 中显示实体截面内力的方法在 ANSYS 后处理中，对于梁单元，可以使用单元表直接得到 梁的内力- 轴力、剪力、弯矩和扭矩。但是，对于实体模型，有时我 们会需要计算梁方式的内力。其操作方法如下：考虑如下的模型：一根矩形梁，尺寸为 10*20*200；材料性能为：E = 201000, “=0.3。分别采用梁单元和实体单元进行计算一、 工况 1一端固支,另一端受集中力 P = 1000。具体如下图：变形云图：NODAL SOLUTIONSTEP = 1SUE： =1TIME=1USUM l：A7G：iRSY5=0DMX =7.976SIK =7.97601.7723 .54.5.5.3177.089.8861732.6594.4316.2037.976以下计算截面 x = 100 处的内力：首先选择 x= 100 处的所有节点：选择结果：共 16 个节点，梁元节点 1 个，实体元节点 15 个：ENLIST CommandFileNODE35100.0060.00056100.0050.00075100.0055.00096100.0050.000118100.00込000138100.0055-000163100.0050 000182100.0050.000201100.0050.000244100.0060.000245100.0060.000246100.0060.000307100.0055.000308100.0055.000309100.0055.000348100.00J J0.00000zTHXVTHVZTHZX0.00000.000.000.000.00000.000.000.000.00000.000.000.0020.0000.000.000.0020.0000.000.000.0020.0000.000.000.00150000.000.000.0010.0000.000.000.005.00000.000.000.00150000.000.000.0010.0000.000.000.005.00000.000.000.005.00000.000.000.0010.0000.000.000.0015.0000.000.000.000.00000.000.000.00LIST ALL SELECTED NODES DSS=SORT TABLE ON NODE NODE NODE创建 Component - Nodes_F&M选择所有 X 100 的单元ANSYS Main Menu国 Preferences 田 Preprocessor 田 Solution 日 General PostprocDat a & File Opt 回 Results Sus*ar 田 田 田 田 ERead Results Failure Criteri Plot Results List ResultsOptions for Out Results VieverS Trite PGR File Nodal Calcs Element Table Path Operations Surface Operati Load CaseCheck Ele* Shaj Trite Results ROK Operations Submodeling Fat igueSafety Factor Define/lodify田田EEE田田田EEEE3 Nonlinear Diagr 園 Reset Manual Rezonin H TimeHist Postpro 田 Drop TestruccT 1 u d；c1t仓ij建 Component - Elem_F&M然后可以分别绘制节点或单元，检查当前选择是否正确或者采用 list - 择实体的情况。Status - Global Status 命令，查看当前选Plot的结果：ElementsPlot-Nodes 的结果：列表的结果：-然后进行节点计算以得到所选节点的合力和力矩：计算结果如下：fflFSUM CommandFile* SUMMATION OF TOTAL FORCES AND MOMENTS IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM *FX =0.8515885E-06F =2000.000FZ0.3566991E-07na = -10000.00M =0.1463394E-04MZ =400000.0Summation point= 0.00000.00000.0000注意这是梁元和实体单元一起的结果。如果分别对梁元和实体单元进行计算，结果如下：只有梁元时：HFSUMCommandI File0.0000001000.0000.0000000.000000OF0.1310241E-11只有实体单元时：与理论解的比较：根据材料力学梁的理论，x = 100处的截面内力为：FX = FZ =0FY = 1000MX = 1000 * 100 = 100000MY = MZ=0其中所有弯矩和扭矩都是相对截面质心计算的。 比较可见，对于采用梁元的模型，除了 MZ 以外，其余与理论解 一致；对于实体单元模型，三个内力与理论一致，而弯矩中 MX 和 MZ 均与理论不一致，但 MZ 与 梁元模型一致。问题出在哪里？ 查看上面列出内力的表格界面，发现其最下面有一个： SUMMATION POINT = 0.0000 0.0000 0.0000查看帮助文件，发现这个点是计算弯矩时的参考点，即所有弯矩都是相对该点计算的，这与理论解是相对截面质心进行计算完全不同。考虑以下，如果按照截面质心计算会怎么样：对于梁元，其质心在 100， 0， 0 处，相对质心的 Mz 应该是：Mz = 2000001000 * 100 = 100000对于实体元，其质心在 100， 55， 10 处，相对质心的 Mz 应该是：Mz = 2000001000 * 100 = 100000相对质心的 Mx 应该是：Mz = -10000 + 1000 * 10 = 0比较可见，相对质心的结果与理论值是一样的。 实际上，在帮助文件中已经说明，在计算截面内力之前，应该先 设置Spoint，即弯矩计算的参考点。下图给出了两种模型的参考点， 即他们在 x= 100 处的质心位置。再次分别计算两种模型的截面内力，结果如下对于梁元， Spoint 坐标为： 100， 0， 0对于实体单元， Spoint 坐标为： 100， 55， 10可以看到，与理论解是一致的。2. 工况 2 为了进一步验证上述修正后的截面内力计算方法的正确性，再计 算一个模型。模型的结构和上面模型相同，载荷和约束改为：两端铰 支，沿整个梁长度受 y 向分布力 q = 5。同样计算 x = 100 处的截 面内力。理论解：Fy = 0；Fx = Fz = 0Mx = My = 0； Mz = ql2 / 8 = 25000两种模型的约束和载荷条件如下： 梁元模型：约束下图中两端节点的 Ux, Uy, Uz。 施加梁单元分布载荷 5。实体单元模型： 约束下图中两个端面的 Ux, Uy，Uz。 在上表面施加面分布载荷 5/20 = 0.25。计算结果Uy：对两个模型，分别设置 Spoint 和计算截面内力梁元模型： Spoint 坐标为：100， 0， 0实体单元模型： Spoint 坐标为： 100， 55， 10结果与理论值一致。