使用ANSYS分析三梁平面框架结构的有限元方法

"ANSYS经典实例提供了通过有限元分析理解并应用ANSYS软件解决实际工程问题的示例。本书中的练习旨在帮助读者熟悉有限元分析的步骤，加深对概念的理解，特别是通过手工计算与软件模拟相结合的方式。" 本文将详细阐述如何使用ANSYS软件进行一个典型的三梁平面框架结构的有限元分析案例。这个结构受到顶部均布力的作用，通过ANSYS的交互式操作步骤，包括工作目录和工作文件的设定、计算类型的选择、单元类型定义、材料参数和实常数设定、几何模型创建、网格划分以及加载条件的施加，最终实现力学分析。 首先，启动ANSYS程序，设置工作目录和工作文件。在主菜单中选择“程序”→“ANSYS”→“ANSYS Interactive”，然后设定工作目录为当前所需的工作路径，并输入工作文件名为“beam3”，点击“运行”→“确定”。 接着，设置计算类型，进入“ANSYS Main Menu”选择“Preferences…”→“Structural”，确保选择正确的计算模式，此处应为结构分析。 在选择单元类型阶段，进入“Preprocessor”→“ElementType”→“Add/Edit/Delete…”→“Add…”，选择适用于梁分析的单元类型“beam：2D elastic 3”，确认后返回。 定义材料属性是关键步骤之一，这里选择“Structural”下的“Linear”→“Elastic”→“Isotropic”，输入弹性模量“E”为3e11，单位为Pa，关闭窗口。 为了处理平面问题，需要定义实常数以确定梁的厚度。在“RealConstants…”中添加新的实常数，指定类型为“1Beam3”，设置横截面积为6.8e-4 m²。 接下来生成几何模型，通过“Modeling”→“Create”→“Nodes”→“InActiveCS”创建节点，依次输入节点坐标，例如第一个节点在X=0, Y=0.96的位置。 之后，需要进行网格划分，将几何模型划分为有限元，这可以通过“Meshing”菜单下的相应选项完成。通常，对于梁单元，会采用四边形单元进行离散。 最后，施加边界条件和荷载。在“Loads and Constraints”部分，根据图3-19所示的等效在节点上的外力，将荷载分配给相应节点。 运行求解器，完成结构的位移分析。分析结果可以从“Postprocessor”中查看，包括节点位移、应力、应变等，以评估结构的性能。 通过这个实例，读者不仅可以学习到ANSYS的基本操作流程，还能理解有限元分析的整个过程，包括模型建立、材料属性定义、网格生成、载荷施加和结果后处理，这对于理解和应用ANSYS软件进行结构分析至关重要。同时，结合手工计算，可以加深对有限元理论和工程实践的理解。