ansys工程实例4经典例子

-输气管道受力分析ANSYS建模任务和要求：按照输气管道的尺寸及载荷情况,要求在ANSYS中建模，完成整个静力学分析过程。求出管壁的静力场分布。要求完成问题分析、求解步骤、程序代码、结果描述和总结五局部。所给的参数如下：材料参数：弹性模量E=200Gpa; 泊松比0.26；外径R=0.6m；径R=0.4m；壁厚t=0.2m。输气管体外表的最大冲击载荷P为 1Mpa。四.问题求解一问题分析 由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为在其长度方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进展求解。 二求解步骤定义工作文件名选择Utility MenuFileChang Jobname 出现Change Jobname对话框，在/FILNAM Enter new jobname 输入栏中输入工作名LEILIN10074723，并将New log and eror file 设置为YES，单击OK按钮关闭对话框定义单元类型1)选择Main MeunPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delte命令，出现Element Type对话框，单击Add按钮，出现Library of Element types对话框。2在Library of Element types复选框选择Strctural、Solid、Quad 8node 82,在 Element type reference number输入栏中出入1，单击OK按钮关闭该对话框。 3. 定义材料性能参数1单击Main MeunPreprocessorMaterial PropsMaterial models出现Define Material Behavion 对话框。选择依次选择Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1对话框。 2在E*输入2e11，在Pr*y输入栏中输入0.26，单击OK按钮关闭该对话框。 3在Define Material Model Behavion 对话框中选择MaterialE*it命令关闭该对话框。 4.生成几何模型、划分网格 1选择Main MeunPreprocessorModelingCreateAreasCirclePartailAnnulus出现Part Annulus Circ Area对话框，在WP *文本框中输入0，在WP Y文本框中输入0，在Rad1文本框中输入0.4，在Theate-1文本框中输入0，在Rad2文本框中输入0.6，在Theate-2文本框中输入90，单击OK按钮关闭该对话框。 2选择Utility MenuPlotctrlsStyleColorsReverse Video，设置显示颜色。3选择Utility MenuPlotAreas，显示所有面。4) 选择Main MenuPreprocessorModelingReflectAreas，出现Reflect Areas拾取菜单，单击Pick All按钮，出现Reflect Areas对话框，在Np Plane of Symmetry选项中选择Y-Z plane *单项选择项，单击OK按钮关闭该对话框。5选择Main MenuPreprocessorModelingReflectAreas出现Reflect Areas拾取菜单，单击Pick All按钮，出现Reflect Areas对话框，在Np Plane of Symmetry选项中选择*-Z plane Y单项选择项，其余选项采用默认设置，单击OK关闭该对话框。6选择Main MeunPreprocessorNumbering CtrlsMerge Items出现Merge Coincident or Equivalently Defined Items，在Label Type of Item to be Merge 下拉列表中选择all ，单击OK按钮关闭该对话框。7选择Main MeunPreprocessorNumbering Ctrlsprss Numbers，在Label Item to be pressed下来列表中选择all，单击OK关闭该对话框。8选择Utility Menuplotareas命令，ansys显示窗口将显示所生成的几何模型。如下图。9) 选择Utility MenuPlotctrlsNumbering命令，出现Plot Numbering Controls 对话框，选中LINE Line Numbers选项，使其错哦个OFF变为ON，其余选项采用默认设置，单击OK关闭对话框。10选择Utility MenuWorkplaneChange Active CS toGlobal Cylindrical命令，将当前坐标系转换为柱坐标系。 11选择Utility MenuSelectEntities命令，出现Select Entities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines，在第二个下拉列表中选择by Location，在第三栏中选择* Coordinates单项选择项，在Min，Ma*选项中输入0.5，在第五栏中选择From Full单项选择项，单击OK关闭该对话框。选择Main MeunPreprocessorMeshingSize trlsManualsizeLinesAll Lines命令，出现Element Sizes on All Selected Lines对话框，在NDIV NO. Of Element Divisions文本框中输入4，单击OK关闭该文本框。选择Utility MenuSelectEverything命令，选择所有实体。 14选择Utility MenuSelectNtities命令，出现Elect Ntities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines，在第二个下拉列表中选择by Location，在第三栏中选择* Coordinates单项选择项，在Min，Ma*选项中输入0.5，在第五栏中选择Unselect单项选择项，单击OK关闭该对话框。 15选择Main MeunPreprocessorMeshingSize trlsManualsizeLinesAll Lines命令，出现Element Sizes on All Selected Lines对话框，在NDIV NO. Of Element Divisions文本框中输入20，单击OK关闭该文本框。选择Main MeunPreprocessorMeshingMeshAreasFree命令，出现Mesh Areas拾取菜单，单击Pick All 按钮关闭该菜单。选择Utility MenuSelectEverything命令，选择所有实体。选择Utility MenuPlotElements命令，ANSYS显示窗口将显示网格划分结果，如下图。 19选择Utility MenufileSave as命令，出现Save Database对话框，在Save Database to 文本中输入LEILIN10074723-1.db，保存上述操作过程，单击ok关闭该对话框。 5.加载求解 1选择Main MenuSolusionAnalysis TypeNew Analysis命令，出现New Analysis对话框，选择分析类型为Static，单击OK按钮关闭给对话框。 2选择Main MenuPlotLines命令，显示所有线段。 3选择Main MenuSelectEntities命令，出现Select Entities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines，在第二个下拉列表中选择By Num/Pick，在第三栏中选择From Full单项选择项，单击OK按钮，出现Select Lines拾取菜单，在文本框中输入3，6，10，12 单击OK按钮关闭对话框。 4选择Main MenuSelectEntities命令，出现Select Entities对话框，在第一个下拉列表中选择Nodes，在第二个下拉列表中选择Attached to，在第三栏中选择Lines，All 单项选择项， 在第四栏中选择From All单项选择项，单击OK关闭该对话框。 5选择Main MenuSolusionDefine LoadsApplyStructuralPressureon Nodes命令，出现Apply PRES on Nodes拾取菜单，单击Pick All 按钮，出现Apply PRES on Nodes对话框，参照下列图对其进展设置，单OKk关闭该对话框。 6选择Main MenuSelectEntities命令，出现Select Entities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines，在第二个下拉列表中选择By Num/Pick，在第三栏中选择From Full单项选择项，单击OK按钮，出现Select Lines拾取菜单，在文本框中输入2，9 单击OK按钮关闭对话框。 7选择Main MenuSelectEntities命令，出现Select Entities对话框，在第一个下拉列表中选择Nodes，在第二个下拉列表中选择Attached to，在第三栏中选择Lines，All 单项选择项， 在第四栏中选择From All单项选择项，单击OK关闭该对话框。 8选择Main MenuSolusionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementon Nodes命令，出现Apply U,ROT on N拾取菜单，单击Pick All 按钮，出现Apply U,ROT on N对话框，参照下列图对其进展设置，单OKk关闭该对话框。 9选择Main MenuSelectEntities命令，出现Selec Entities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines，在第二个下拉列表中选择By Num/Pick，在第三栏中选择From Full单项选择项，单击OK按钮，出现select lines拾取菜单，在文本框中输入4，7 单击OK按钮关闭对话框。 10选择Main MenuSelectEntities命令，出现Select Entities对话框，在第一个下拉列表中选择Nodes，在第二个下拉列表中选择Attached To，在第三栏中选择Lines，All 单项选择项， 在第四栏中选择From All单项选择项，单击OK关闭该对话框。 11选择Main MenuSolusionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementon Nodes命令，出现Apply U,ROT on N拾取菜单，单击Pick All 按钮，出现Apply U,ROT on N对话框，在Lab2 DOFs to be Contrained列表框中选择UY，在Apply as 下拉列表中选择Constant value，在VALUE Displacement value文本框中输入0，单击OK按钮关闭该对话框。 12选择Utility MenuSelectEverything命令，选择所有实体。 13选择Utility MenuFileSave as命令，出现Save Database对话框，在Save Database to 文本中输入LEILIN10074723-2.db，保存上述操作过程，单击OK关闭该对话框。 14选择Main menuSolutionSolveCurrent LS命令，出现Solve CurrentLoad Step对话框，单击OK按钮，ANSYS开场求解计算。 15求解完毕时，出现Note提示框，单击Close关闭该对话框。 16选择Utility MenuFileSave As命令，出现Save Database对话框，在Save Database to 文本中输入LEILIN10074723-3.db，保存上述操作过程，单击OK关闭该对话框。6.查看求解结果 1选择Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour TitleNodal Solu命令，出现Controur Nodal Soulution Data对话框，在 Item to becontonred选项框中选择NodalSolutionDOF solution Displacement Vector SUM，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示位移场等值线图。如下图。 2选择Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour plotNodal Solu命令，出现Controur Nodal Soulution Data对话框，在 Item to Becontonred选项框中选择NodalSoulutionStress *-ponent of Stress，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示*方向应力等值线图。如下图。 3选择Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour plotNodal Solu命令，出现Controur Nodal Soulution Data对话框，在 Item to becontonred选项框中选择Nodal SoulutionStress Y-ponent of Stress，单击【OK】按钮，ANSYS显示窗口将显示Y方向应力等值线图。如下图。 4选择Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour PlotNodal Solu命令，出现Controur Nodal Soulution Data对话框，在 Item to becontonred选项框中选择Nodal SoulutionStress von Mises stress，单击【OK】按钮，ANSYS显示窗口将显示等效应力等值线图。如下图。 5选择Utility MenufileE*it命令，出现E*it from ANSYS对话框，选择Quit-No Save！选项，单击ok，关闭ANSYS。管道支架构造分析一 问题描述该构造用于支撑管道，如下图。该构造需要有很好的长时间的支撑性，且在支撑时，变形不能过大，否则会由于支撑力不够，造成管道变形，严重的话会造成管道的泄露。另外，所用的材料也要满足屈服条件，设计时不能造成构造的破坏。如何设计该支撑的构造和所用的材料成了其中的关键。材料参数为7E+008，泊松比为0.33，边界条件为最下端为固定端，载荷为管道所在弧面上，方向为垂直且指向弧面的均布面力。二 求解步骤定义工作文件名Utility Menu-File-Change Jobname 该工作名为yang*in10054554定义单元类型Main Menu - Preprocessor- Element Type - Add/Edit/Delete创立mesh200和brick 20node 95单元。材料参数设定 main menu-preferences-选中构造类选项。Main menu-preprocessor-material props-material models-在material models available 分组框中依次选取 structural/linear/elastic/isotropic选项，设置弹性模量E*=0.7e9,泊松比=0.33。4.生成几何模型、划分网格 Main menu-preprocessor-modeling-create-keypoints-in active cs 选项，输入关键点号和相应的坐标，如下： No.*YZ1500024500350-50401500501350640300742240864380966320103060011325401254680135662014209001522840164498017469202连线Main menu-preprocessor-modeling-create-lines-lines-straightline-3) 倒角Main menu-preprocessor-modeling-create-lines-line fillet-.4对称Main menu-preprocessor-modeling-reflect-lines-之后将所有面add在一起。如下图：5) 划分网格，定义mesh200单元，Main menu-preprocessor-meshing-meshtool并在size element edge length中设值为1，之后开场mesh。网格如图1所示：6沿着已划分网格的面法向对该面拖拉，生成三维块体单元模型。添加三维块体单元类型。Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 选择 Structural Solid 和 Brick 20node 95”。设置在拖拉方向的单元份数，然后拖拉面:Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate E*trude Elem E*t Opts .输入VAL1 = 10Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate E*trude -Areas- Along Normal +设置DIST = 10。划分单元如图2所示：图1图25.加载求解1Main menu-preprocessor-loads-define loads-apply-structural-displacement-on areas-. Areas为Y=-5的那个面，在复选框中选择All DOF2Main menu-preprocessor-loads-define loads-apply-structural-pressure-on areas-Areas为六个圆弧面，在value load presvalue输入1000。 3求解Main menu -solution/solve/current LS-.6.查看求解结果查看变形Main menu-general postproc/plot results/deformed shape 选中def+undeformed 单击ok如图：*方向位移：Y方向位移：Z方向位移：总的位移情况：Mises stress下的情况：去掉拐角处单元后的应力情况四、结果描述、从变形上来看该构造：由于构造受到管道给于的压力，构造的两侧都被挤向中间。 、从位移上来看该构造：通过*、Y、Z以及总的位移图来看，最上面的放管道的地方位移较大，而最下面的放管道的地方位移较小。、从应力上来看该构造：该构造的最大应力出现在最下面的拐角处，最小应力出现在六个外伸端和下面得固定端。 五、小结 综合结果描述，对该构造提出一些更改的建议，为了减小变形，可以通过在两个斜体之间增加横梁，用以抵抗变形。为了使管道的位移小，在满足需求的条件下，构造的那六个外伸端的位置应设计的尽量低些。为了防止构造出现破坏，可以在最下面的拐角处设计成为弧面，使应力分散，不出现应力集中。通过图形看到，在去掉拐角处的单元后，最大应力出现在构造的最上端，且最大应力减小了30%左右。最小应力出现在六个外伸端和下面的固定端，所以可以考虑设计成为空心，以减小构造重量，但需考虑构造的稳定性，这需要做进一步分析。*椅子的强度和刚度分析ANSYS建模一、问题描述有种椅子不是常规的四条腿支撑的构造，而是如图1-1：图1-1这样的构造较美观，且会有较大的竖向和前前方向的变形，因此比常规的椅子要舒适些，该构造受力是否合理，能否合理利用材料，正是此题目要分析的容。二、几何模型的简化和建立椅子板上的圆角和自重对结果的影响不大，可忽略不计；椅子腿是一个整体，可用梁单元划分网格，板可用壳单元划分网格。这样可减少计算量、提高计算速度而不至于有大的误差。几何模型中只需要有腿的轴线和板的中面。建模步骤如下：(1)Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS. 在对话框中输入椅子腿的关键点坐标1(0,0,0);2(0,0,-0.34);3(-0.4,0,-0.38);4(-0.4,0,-0.76);5(0,0,-0.76);6(0,0.2,-0.76)；Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line 顺次连接以上关键点；Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet 分别选中椅子腿需要倒角的直线，以0.04的半径倒圆角；Main MenuPreprocessorModelingReflectLines 将全部线段关于*-Z平面镜像,至此椅子腿的轴线生成。(2)Utility MenuWork PlaneOffset WP toKeypoints+ 将工作平面移至关键点1, Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsOn Working Plane 在对话框中输入椅子靠背上的关键点坐标 (-0.05,0.2,0);(-0.05,0.2,-0.3)Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesArcsThrough 3 KPs 分别拾取3个关键点以创立靠背的上、下弧线边界；Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line 分别连接相关的关键点以生成椅子坐席的边界；Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines 分别拾取三组4条线段生成椅子靠背和坐席；Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansGlueLines/Areas 将椅子腿轴线的各段线段粘结在一起，将椅子坐席的两块面也粘结在一起；至此，椅子的几何模型已建立，如图2-1图2-1 几何模型三、建立有限元模型(1)定义单元类型Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete. 选择Beam189(1号)和Shell93(2号)单元；Main MenuPreprocessorSectionsBeammon Sections. 在Sub Type中选择空心矩形截面梁，按如下尺寸定义梁截面:W1=0.02;W2=0.03;t1=0.003;t2=0.003;t3=0.003;t4=0.003,将精细度定为4；Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete. 添加1组实常数，选择shell93单元，将TK(I);TK(J);TK(K);TK(L)均设置为0.005；(2)定义材料属性Main MenuMaterial PropsMaterial Models. 依次选择StructuralLinearElasticIsotropic建立材料模型，这里定义典型的碳素钢和聚氯乙烯工程塑料分别作为椅子腿和板的材料。1号材料E*=210E9;PR*Y=0.27作为碳素钢钢；2号材料E*=4.5E9;PR*Y=0.33作为聚氯乙烯；(3)划分网格Main MenuPreporcessorMeshingMesh Tool. 在Element Attributes中设置椅子板的材料号为2，单元号为2，实常数号为1；椅子腿的材料号为1，单元号为1；在Size Control中将椅子板上单元尺寸定为0.02；在Mesh中选择Areas，Shape设置为QuadMapped3or4 sided,对椅子靠背和坐席进展映射网格划分；选择Lines,直接对椅子腿轴线剖分网格；Utility MenuPlotCtrlsStyleSize and Shape. 选中/ESHAPE以显示单元形状；至此网格划分已完成，网格如图3-1。图3-1 有限元模型四、加载和求解Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Lines 拾取椅子腿轴线与地面接触的局部，限制All DOF为0；Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressure Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralOn Areas 拾取椅子坐席中的平面局部，施加-5000的压力；拾取椅子靠背，施加1500的压力此处取正值时为压；这里模拟的是约65Kg体重的人双脚完全悬空坐于椅子上并以较大的力靠于靠背上的情形。Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls. 在Soln Option选项卡中选择PCG求解器;Main MenuSolutionSolveCurrent LS求解。五、后处理Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu. 选择DOF SolutionZ-ponent of Displacement 绘制竖向位移云图，如图5-1，同样的方法绘制前前方向位移图，如图5-2；Utility MenuSelectEntities. 选择Lines;By Num/Pick,拾取椅子腿对称的一半；然后选择Elements;Attached to Lines,选择已拾取椅子腿上的单元；Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu.选择StressVon Mises绘制Mises等效应力图，如图5-3；Utility MenuSelectEntities 选择Areas;By Num/Pick;拾取椅子靠背和坐席，然后选择Elements;Attached to Areas选择板上的单元；Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu.选择Stress1st Principle Stress绘制第一主应力图，如图5-4；Utility MenuSelectEntities .选择Lines;By Num/Pick,拾取椅子腿对称的一半；Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table. 单击Add，在Item中选择By sequence numSMISC，分别添加item为SMISC2;SMISC15;SMISC1;SMISC14四组单元列表，然后Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotLine Elem Res. 分别设置LabI、LabJ为SMISC1、SIMSC14,缩放系数Fact设置为1，绘制轴力图，如图5-5；同样的方法，分别设置LabI、LabJ为SMISC2、SMISC15，缩放系数Fact设置为50，绘制关于Y轴的弯矩图，如图5-6。后处理完成。图5-1 竖向位移图图5-2 前前方向位移图图5-3 椅子腿的Mises应力图图5-4 坐席和靠背中的第一主应力图5-5 椅子腿的轴力图图5-6 椅子腿关于Y轴的弯矩图六、结论(1)本次分析的正确性：本问题为对称构造承受对称载荷，响应应有对称性，从图5-1、图5-2和图5-4可以看出，位移和应力的解都是对称的，符合推断；图5-5和图5-6的力图中，轴力和弯矩在正负和数值上的分布都符合直观判断如弯矩的抛物线形和线性分布。故可以定性地确定本次分析的解是正确的；(2)椅子强度的讨论：椅子腿的材料是碳素钢，适用Mises强度条件，从图5-3中可看到最大Mises等效应力发生在接近地面的弯角处，大小为72.4MPa，远低于碳素钢的典型屈服应力230MPa；坐席和靠背的材料是聚氯乙烯，应该考虑抗拉强度，从图5-4中可看到最大的第一主应力为18MPa,远低于抗拉强度50MPa。故椅子在本问题中的载荷65Kg体重的人双脚离地坐于坐席上，并用较大的力靠于靠背下能够满足强度要求，且还有很大的承载潜力约2倍于现有载荷；(3)椅子变形的讨论：从图5-1和图5-2中可看到，椅子坐席和靠背的竖向位移和前前方向位移最大分别到达了10mm和7mm，而椅子腿的竖向位移和前前方向位移最大都在2-3mm,也就是说椅子有一些软，应该是比拟舒适的。综上所述，该椅子能够满足强度的要求，对材料的利用较充分，也产生了较大的竖向和前前方向的变形，满足了一定的舒适性要求。在用于满足一般体重人的需求时，还可改良如下：适当减小椅子腿的截面积和壁厚，并倒圆棱线，这样可节省碳素钢的使用，而且加大了椅子腿的变形，可以协调与聚氯乙烯坐席和靠背的变形。钢框架构造在自重和雪载荷下的静力学分析任务和要求：按照钢框架构造的尺寸和载荷情况，在ANSYS中建立模型，完成整个静力学分析过程。求出钢框架构造的最大平均应力和节点沿*,y,z三个方向的最大变形，通过对结果的分析处理，为钢框架构造的优化设计提供重要的分析数据。计算分析时考虑构造的自重和最大雪载荷，构造自重作为惯性力，以加速度的方式施加；雪载荷为竖向分布载荷，借助外表效应单元施加。1、原始数据(1) 计算模型和坐标数据钢框架构造总尺寸为8m8.4m7.2m，模型如图1、图2所示。 图1 图2坐标数据：坐标点 * Y Z 坐标点 * Y Z1 0 0 0 9 5000 7200 02 0 5400 0 10 6700 5400 03 1600 54000 11 6700 7000 04 16007000 0 12 8400 5400 05 3300 5400 0 13 8400 7000 06 3300 7000 0 14 10000 0 07 5000 0 0 15 10000 5400 08 5000 5400 0(2) 材料数据弹性模量E=2.06E5 泊松比=0.3 质量密度=7.85E-9(3) 载荷数据1、钢管和梁的重量钢重量密度=78.5kN/ 重力加速度 g=9800mm/2、屋顶雪载荷 P=0.25kN/(4) 边界条件钢框架构造与地接触点的三个方向位移和转角全约束。(5) 单元类型、实常数和截面类型梁单元：Beam 189主立柱：钢管18010 =80mm =90mm大横梁：工字钢210180820屋顶各梁：工字钢150100610屋顶梁支撑：钢管508壳单元：Shell 93 厚度2.5外表效应单元：Surf 1542、分析步骤(1)前处理1、选择单元类型菜单路径：【Preprocessor】【Element Type】【Add/Edit/Delete】，执行选择单元类型菜单路径命令，弹出定义单元类型对话框，单击Add.按钮，弹出单元类型库对话框，然后选择Beam 3node 189梁单元，单击OK按钮。用同样的方法选择Shell 8node 93壳单元和Surface Effect 3DStructural 154外表效应单元，单击OK按钮。2、设置单元实常数。菜单路径：【Preprocessor】【Real Constants】【Add/Edit/Delete】，执行设置单元实常数菜单路径命令，弹出对话框后，单击Add.按钮，选择Shell 93单元，并单击OK按钮，弹出定义实常数对话框，在TK(I)中输入2.5，单击OK按钮。3、设置梁单元截面数据。菜单路径：【Preprocessor】【Sections】【Beam】【mon Sections】,执行设置梁单元截面数据菜单路径命令，弹出对话框后，在ID中输入1,在Sub-Type中选择圆管，在输入80，在中输入90，单击OK按钮，完成主立柱的梁单元截面数据的设置。用同样的方法设置其余梁单元截面数据：大横截面梁：工字型，=180，=180，=210，=8，=8，=20；屋顶各截面梁：工字型，=100，=100，=150，=6，=6，=10；屋顶梁支撑截面：圆管，=17，=25；在设置截面数据时，都要改变截面号ID的数字，分别使用2、3、4。4、 设置材料性能数据。菜单路径：【Preprocessor】【Material Props】【Material Models】，执行设置材料性能数据菜单路径命令，弹出定义材料性能数据对话框，选择右侧材料有关变量依次双击StructuralLinearElasticIsotropic,在出现的对话框中，输入弹性模量E*=2.06E5和泊松比PR*Y=0.3数值，单击OK按钮，然后双击Density,输入材料质量密度7.85E-9，单击OK按钮，并退出对话框。5、 建立几何模型使用如下菜单路径生成关键点菜单路径：【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Keypoints】【In Active CS】；生成直线菜单路径：【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Lines】【Lines】【Straight Line】；用线分线菜单路径：【Preprocessor】【Modeling】【Operate】【Booleans】【Divide】【Line By Line】；复制关键点菜单路径：【Preprocessor】【Modeling】【Copy】【Keypoints】；复制直线菜单路径：【Preprocessor】【Modeling】【Copy】【Lines】；生成面菜单路径：【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Areas】【Arbitrary】【By Lines】。建立几何模型步骤：第一步：用生成关键点菜单路径命令，按顺序输入各关键点坐标数据。第二步：用生成直线菜单路径命令，生成各直线。第三步：用分线菜单路径命令，用3-4，5-6，10-11，12-13直线分别分2-9，9-15斜线，得到两斜线上四个关键点。第四步：生成屋顶支撑线。第五步：用复制直线菜单命令，Z向复制屋顶直线4次，直线距离为-2000。第六步： 用复制关键点菜单路径命令，复制主立柱底关键点，复制距离为-8000。第七步：生成所有直线，形成整个钢框架。第八步：最后用生成面菜单路径命令，画出屋面。画出的模型图如图3、图4所示。图3 框架模型图4 屋面模型6、给几何模型赋属性。菜单路径：【Preprocessor】【Meshing】【MeshTool】，弹出分网工具菜单，在顶部下拉菜单中选择Lines，然后单击Set按钮，选择框架构造前面立面的3条主立柱直线，单击Apply按钮，弹出附属性对话框，选择属性：材料号MAT为1，实常数号REAL为1，单元类型号TYPE为1 Beam189,截面号SECT为1，并激活Pick Orientation Keypoints，单击OK按钮，用鼠标在前面立面选择确定梁单元Z轴方向的K点，单击OK按钮。用同样的方法对后面立面3条主立柱直线赋置属性，只改变确定梁单元Z轴方向的K点。用同样的方法给大横梁和屋顶各梁赋置属性，赋置属性时只改变截面号和选择不与该梁共线的一点K，确定梁单元Z轴方向，以便使各梁摆放位置与设计一致。7、设置网格划分尺寸。菜单路径：【Preprocessor】【Meshing】【MeshTool】，单击线尺寸Set按钮,用鼠标在图形窗口拾取直线，单击Apply按钮，在弹出的对话框NDIV中输入尺寸数值，单击OK。主立柱设置尺寸数值为20，大横梁和屋顶各梁设置为10，屋顶梁支撑管设置为5。8、几何模型划分网格。菜单路径：【Preprocessor】【Meshing】【MeshTool】，在Mesh下拉菜单中选择Lines,然后按Mesh,选择所有直线，单击OK按钮，画出框架立柱和各梁单元模型，如图5所示。在顶部下拉菜单项选择择Global,然后单击Set按钮，弹出附属性对话框，选择属性：材料号MAT为1，实常数号REAL为1，单元类型号TYPE为2 Shell93,截面号SECT为NO Section，单击OK按钮。在Mesh下拉菜单项选择择中选择Areas,在Shape菜单中选择Quad和Free,然后单击Mesh按钮，选择屋顶面，单击OK按钮，画出屋顶面单元模型，如图6所示。图5 框架单元模型图6 屋顶面单元模型按单元名选择Shell93单元，【Select】【Entities.】，弹出选择菜单，在下拉菜单中选择Elements和By Elem Name，在文本框中输入Shell93,从全部中选择，单击Apply按钮，然后单击Plot。选择与单元连接的点，在选择菜单下拉菜单中选择Nodes和Attached to，然后选中Elements, 从全部中选择， 单击Apply按钮，然后单击Plot。生成外表效应单元，【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Elements】【Surf/Contact】【Surf Effect】【General Surface】【No E*tra Node】，单击 Pick All选择所有，用外表效应单元覆盖屋顶。图7为整体单元模型。图7整体单元模型(2)加载求解1、施加位移约束。菜单路径：【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Displacement】【On Nodes】，执行施加位移约束菜单路径命令，弹出施加位移约束选择节点对话框，用鼠标在图形窗口拾取所有主立柱下端节点，单击OK按钮，弹出施加位移约束选择分量窗口，选择All DOF，单击OK按钮。施加位移约束图如图8所示。图8 位移约束2、施加载荷。a、施加重力加速度载荷步1。选择菜单路径：【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Inertia】【Gravity】【Global】，弹出拾取对话框，在ACELY中输入-9800，单击OK按钮。将重力加速度写入载荷步文件，【Solution】【Load Step Opts】【Write LS File】，输入1，单击OK按钮。载荷步1图如图9所示。图9 载荷步1b、施加雪载荷载荷步2。按单元名选择外表效应单元Surf154，【Select】【Entities.】，弹出选择菜单，在下拉菜单中选择Elements和By Elem Name，在文本框中输入Surf154,从全部中选择，单击Apply按钮，然后单击Plot。在外表效应单元上施加均布载荷，【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Pressure】【On Elements】,单击Pick All选择所有，设置LKEY值为5，VALUE值为0.25，VAL2值为0，VAL3值为-1，VAL4值为0使均布载荷沿-Y方向，单击OK按钮。选择所有单元，【Select】【Everything】，用箭头显示压力，【PlotCtrls】【Symbols.】，在弹出的对话框中，选择/PSF块下拉菜单中的Pressure和Arrows选项，单击OK按钮。将雪载荷写入载荷步文件，【Solution】【Load Step Opts】【Write LS File】，输入2，单击OK按钮。载荷步2图如图10所示。3、用载荷步文件求解。a、构造承受自重。 菜单路径，【Solution】【Solve】【From LS Files】,输入LSMIN值为1，LSMA*值为1，LSINC为默认值，单击OK按钮，进展解题。b、构造承受自重和雪载荷。 菜单路径，【Solution】【Solve】【From LS Files】,输入LSMIN值为1，LSMA*值为2，LSINC为1，单击OK按钮，进展解题。图10 载荷步2(3)后处理不选择壳单元和外表效应单元1、显示变形图选择菜单路径：【General Postproc】【Plot Results】【Deformed Shape】，选择Def+undeformed,单击OK，画出变形图。2、显示变形分布云图 选择菜单路径：【General Postproc】【Plot Results】【Nodal Solu】，在弹出的对话框中，单击DOF Solution项，选择变形分量，单击OK按钮，出现带标尺的变形分布云图。3、显示等效应力图 选择菜单路径：【General Postproc】【Plot Results】【Nodal Solu】，在弹出的对话框中，单击Stress项，选择Von Mises stress，单击OK按钮，出现带标尺的等效应力分布云图。3、计算结果1构造自重作用下的计算结果图11图15图11 变形图图12 *方向变形分布云图图13 Y方向变形分布云图图14 Z方向变形分布云图图15 等效应力分布云图2构造自重和雪载荷作用下的计算结果图16-图20图16 变形图图17 *方向变形分布云图图18 Y方向变形分布云图图19 Z方向变形分布云图图20 等效应力分布云图4、结果分析该钢框架构造在自身重力作用下，*向的最大变形发生在前后立面上，Y向的最大变形发生在屋顶两坡上，Z向的最大变形发生在前后立面上。最大等效应力发生在屋顶梁支撑圆管与屋顶梁的连接处。在自身重力和雪载荷的共同作用下，*向的最大变形发生在屋顶两坡上，Y向的最大变形也发生在屋顶两坡上，Z向的最大变形发生在前后立面上。最大等效应力发生在屋顶梁支撑圆管与屋顶梁的连接处。. z.