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=0.1 in2，三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。

解答：计算模型如图8-8(b)所示。采用2D的计算模型，使用杆单元2-D Spar (or Truss) Elements (LINK1)来进行建模，假设杆的长度为20in，杆的间距为10in，设定一个参考温度(700F)，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，并赋予各单元类型对应各参数值
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)。
􀁱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

(1) 进入ANSYS
程序 → ANSYS→ ANSYS Interactive → Working directory（设置工作目录）→ Initial jobname(设置工作文件名): Links with Temperature → Run→ OK
(2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu: Preferences…→ Structural → OK
(3) 定义单元类型
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete... → Add…→ link: 2d spar 1 → OK（返回到Element Types窗口）→ Close
(4) 定义实常数
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Real Constants…→ Add…→ Type 1 LINK1 →OK → Real Constants Set No. : 1, AREA:0.1 →Close (关闭 Real Constants 窗口)
(5) 定义材料参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Material Props → Material Models → Structural → Linear →

Isotropic → EX: 16E6(弹性模量), PRXY:0(泊松比) → OK(返回Define Material Model Behavior 窗口)→Structural →Thermal expansion → Secant Coefficient → Isotropic → Alpx: 92E-7 →OK (返回Define Material Model Behavior 窗口) → Material → New model → Structural → Linear → Isotropic →EX: 30E6, PRXY:0 → OK(→返回Define Material Model Behavior 窗口)→Structural → Thermal expansion → Secant Coefficient → Isotropic → Alpx:70E-7 → OK → Close（关闭材料定义窗口）
(6) 设定初始温度
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Loads → Define Loads → Settings → Reference Temp → TREF:70→ OK
(7) 构造分析模型
生成节点
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → In Active CS → Node number:1, X, Y, Z Location in active CS:-10，0，0 Apply → 依次输入3号节点(10，0，0)、4号节点(-10，-20，0)与6号节点(10，-20，0)
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → Fill between Nds → 用鼠标单击1、3两个节点 → OK → OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → Fill between Nds → 用鼠标单击4、6两个节点 → OK → OK

生成元素并分配材料类型、实常数
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Elem Attributes → MAT,1， TYPE,1 LINK1，REAL,1 → OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered → Thru Nodes → 点击1、4号节点→ Apply→ 点击3、6号节点→ OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Elem Attributes → MAT:2; TYPE:1 LINK1; REAL:1 → OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered → Thru Nodes → 点击2、5号节点→ OK
(8) 模型加约束
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Coupling/ Ceqn → Couple DOFs：点击 4、5、6三个节点 → OK →NSET :1，Lab: UY → OK
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads →Apply →Structural→ Displacement On Nodes →选取1、2、3号节点 → OK → Lab2: ALL DOF→ OK
(9) 施加载荷
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Loads → Define Loads →Apply → Structural→ Force/Moment → On Nodes → 点击5号节点 → OK → Lab：FY, Value: -4000 →OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply→ Structural→ Other → Fluence→ Uniform Fluen → BFUNIF：80

(10) 计算分析
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Loads → Load Step Opts → Output Ctrls → Solu Printout → Item: Basic quantities , FREQ: Every Nth Step, Value of N:1, →OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Loads → Load Step Opts → Output Ctrls → Solu Printout → Item: Elem Nodal Loads , FREQ: Every Nth Step, Value of N:1, →OK
ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Type → New Analysis → Static →OK
ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Type → Sol'n Controls → Basic → Number of substeps:1
ANSYS Main Menu: Solution → Solve → Current LS → OK → Yes → Close

(11) 计算结果
ANSYS Main Menu: General Postproc → Element Table → Define Table → Add…→ Lab: Strs_St, Item: By Sequence number 右侧选项选择LS，下侧输入LS，1→ Apply → Add…→ Lab Strs_Co, Item: By Sequence number 右侧选项选择LS，下侧输入LS，1→观察钢杆、铜杆各自应力
ANSYS Utility Menu: List → Elements → Nodes + Attributes 查看各个元素的材料分配（MAT=2代表钢铁）
ANSYS Utility Menu: Parameters → Get Scalar Data…→Type of data to be retrieved: Results data; Elem table data→ OK → Name of parameters to be defined: STRSS_ST; Element number N: STEEL_E; Elem table data to be retrieved: STRS_ST→ OK
ANSYS Utility Menu: Parameters → Get Scalar Data…→Type of data to be retrieved: Results data; Elem table data→ OK → Name of parameters to be defined: STRSS_CO; Element number N: COPPER_E; Elem table data to be retrieved: STRS_CO→ OK
ANSYS Utility Menu: List→Status→Parameters→All Parameters
(12) 退出系统
ANSYS Utility Menu: File → Exit → Save Everything → OK

                                            升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(命令流)

解答：提供的命令流如下。

/PREP7 !进入前处理
ANTYPE,STATIC !设置静力分析S
ET,1,LINK1 !选取单元类型1(杆)
R,1,.1 !设定实常数
MP,EX,1,16E6 !定义1号材料的弹性模量(铜)
MP,ALPX,1,92E-7 !定义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,ALPX,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1
N,3,10 !生成节点3
FILL !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4
N,6,10,-20 !生成节点6
FILL !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2

E,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,ALL,,,3 ! 对节点1,2,3施加所有固定的位移约束
F,5,FY,-4000 ! 对节点5施加FY=-4000的力
BFUNIF,TEMP,80 ! 对施加一个均匀温度载荷80 (为参考温度+10)

/SOLU !进入求解模块
OUTPR,BASIC,1 !计算结果的输出设置，就1步加载下的基本力学量进行输出
OUTPR,NLOAD,1 !计算结果的输出设置，就1步加载下的单元节点载荷进行输出
NSUBST,1 !设定载荷子步的数量，1步
SOLVE !求解
FINISH !结束计算
/POST1 !进入一般的后处理
STEEL_N = NODE (,,,) !获取位置为(0,0,0)的节点编号，并赋值给STEEL_N
COPPER_N = NODE (10,0,0) !获取位置为(10,0,0)的节点编号，并赋值给COPPER_N
STEEL_E = ENEARN (STEEL_N) !获取最接近节点为STEEL_N的单元号
COPPER_E = ENEARN (COPPER_N) !获取最接近节点为COPPER_N的单元号
ETABLE,STRS_ST,LS,1 !针对杆单元,建立单元列表STRS_ST,通过LS及特征号1来获得轴向应力
ETABLE,STRS_CO,LS,1 !针对杆单元,建立单元列表STRS_CO,通过LS及特征号1来获得轴向应力
*GET,STRSS_ST,ELEM,STEEL_E,ETAB,STRS_ST
!(针对上一行)在单元列表STRS_ST中, 提取STEEL_E号单元的轴向应力，赋值给STRSS_ST
*GET,STRSS_CO,ELEM,COPPER_E,ETAB,STRS_CO
!(针对上一行)在单元列表STRS_CO中, 提取COPPER_E号单元的轴向应力，赋值给STRSS_CO
*STATUS !列出所有参数的内容

 

 

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