升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI).docx

升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUl)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=O.1in2,三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。(b)计算模型图88三杆支撑结构的受力以及计算模型表8-5三杆结构的模型参数材料参数载荷铜的弹性模量：16XK)8psi铜的热膨胀系数：92×107in/inoFQ=4000Ib钢的弹性模量:30×10bpsi钢的热膨胀系数：70X107in/in0F7'=IOoF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-DSpar(OrTruss)Elements(LlNKI)来进行建模，假设杆的长度为20in,杆的间距为IOin,设定一个参考温度(70°F),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，并赋予相应的单元类型所对应的编号值，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)；(4)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，见表8-6。表8-6ANSYS模型与文献的解析结果的比较构件的应力/psiReference8.4(1)的结果ANSYS结果两种结果之比钢杆的应力19695.19695.1.000铜杆的应力10152.10152.1.000Reference8.4(1):TimoshenkoS.StrengthofMaterial,PartI,ElementaryTheoryandProblems!3rdEdition!NewYork:D.VanNostrandCo.,Inc.,1955,30给出的基于图形界面的交互式操作(St叩bySteP)过程如下。(1)进入ANSYS程序ANSYS-*ANSYSInteractiveWOrkingdireCtOry(设置工作目录)-Initialjobname(设置工作文件名)：LinkSWithTemDeratUreRun-*OK(2)设置计算类型ANSYSMainMenu:Preferences.-*Structural-*OK(3)定义单元类型ANSYSMainMenu:Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete.-Add.-link:2dspar1-OK(返回到EIemenlTyPeS窗口)Close(4)定义实常数ANSYSMainMenu:Preprocessor-*RealConstants.-*Add.-*Type1LINKl-*OK-*RealConstantsSetNo.:_1,AREArO1I-*Close(关闭RealConstants窗口)(5)定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor-MaterialProps-*MaterialModels-Structural-*Linear-*IsotropicEX:16E6(弹性模量).PRXY必泊松比)-OK(返回DefineMaterialModelBehavior窗口)一Structural-*ThermalexpansionSecantCoefficientIsotropicAlpx:92E-7OK(返回DefineMaterialModelBehavior窗口)-*Material-*Newmodel-*Structural-*Linear-Isotropic_*EX:30E6,PRXY:OOK(-*返PilDenneMaterialModelBehavior窗口)-Structural-ThermalexpansionSecantCoefTicient-Isotropic-AIdx:70E-7-*OKClose(关闭材料定义窗口)(6)设定初始温度ANSYSMainMenu:Preprocessor-Loads-*DefineLoads-*Settings-ReferenceTemp-TREF:70-OK(7)构造分析模型生成节点ANSYSMainMenu:Preprocessor-Modeling-*CreateNodes-*InActiveCS-Nodenumber:1,X,Y,ZLocationinactiveCS:dO»O,OApply-依次输入3号节点(10,O,0)、4号节点(10,20,0)与6号节点(10,-20,0)ANSYSMainMenu:Preprocessor-Modeling-*Create-Nodes-FillbetweenNds一用鼠标单击1、3两个节点-OK-OKANSYSMainMenu:Preprocessor-*Modeling-CreateNodesFillbetweenNds-*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ANSYSMainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-ElementsElemAttributesMAT,1*TYPE,1LINKl,REAL,1-OKANSYSMainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Elements-AutoNumbered-*ThruNodes一点击1,4号节点Apply-*点击3,6号节点-OKANSYSMainMenu:Preprocessor-Modeling-*CreateElements-ElemAttributes-*MAT:2;TYPEjILINKl;REALrl-OKANSYSMainMenu:Preprocessor-*Modeling-Create-Elements-*AutoNumbered-*ThruNodes一点击2,5号节点-OK(8)模型加约束ANSYSMainMenu:Preprocessor-Coupling/Ceqn-COUPIeDoFS:点击4,5,6三个节点-*OK-*NSET:1,Lab:UY-OKANSYSMainMenu:Solution-DefineLoadsApply-Structural-DisplacementOnNodesT1选取1,2,3号节点-OKyLab2:ALLDOF-OK(9)施加载荷ANSYSMainMenu:PreprocessorLoads-DefineLoads-*Apply-Structural-*ForceZMoment-*OnNodes-*点击5号节点-OKfLab：FY,Value:-4000-*OKANSYSMainMenu:Preprocessor-*Loads-DefineLoadsApply-*Structural-*Other->Fluence_*UniformFluen-*BFUNIF:80(10)计算分析ANSYSMainMenu:Preprocessor-Loads-*LoadStepOptsOutputCtrls-SoluPrintout-Item:Basicquantities.FREQ:EveryNthStep.ValueofN:l,OKANSYSMainMenu:Preprocessor-Loads-LoadStepOpts-OutputCtrls-SoluPrintout-Item:ElemNodalLOadS,FREO:EVerVNthStep.ValueofN:LOKANSYSMainMenu:SolutionAnalysisType-*NewAnalysis-SUtic-*OKANSYSMainMenu:Solution-*AnalysisTyPe-*SonControls-*Basic-Numberofsubsteps11ANSYSMainMenu:Solution-*SolveCurrentLS-OK-Yes-Close(11)计算结果ANSYSMainMenu:GeneralPostproc-*ElementTable-*DefineTable-*Add.-*Lab:StrsSt»Item:BVSeaUenCenumber右侧选项选择LS,卜侧输入LS,1-*Apply-*Add.-*LabStrsCo,Item:BSeQUenCenumber右侧选项选择LS,卜侧输入LS,I观察钢杆、铜杆各自应力ANSYSUtilityMenu:List-*Elements-Nodes+Attributes查看各个元素的材料分配(MAr=2代表钢铁)ANSYSUtilityMenu:Parameters-*GetScalarDataTypeofdatatoberetrieved:ReSUItSdata;Elemtabledata-OK-Nameofparameterstobedefined:STRSSST：ElementnumberN:STEELE;EIem(abledatatoberetrieved:STRS-ST-*OKANSYSUtilityMenu:Parameters-*GetScalarDataTypeofdatatoberetrieved:ReSUItSdata;ElemtabledataOK-Nameofparameterstobedefined:STRSSC();ElementnumberN:COPPERE：EIem(abledatatoberetrieval:STRS-CO-*OKANSYSUtilityMenu:ListStatus-ParameterSAHParameters(12)退出系统ANSYSUtilityMenu:File-Exit-*SaveEverything-OK升温条件下杆件支撑结构的热应力分析（命令流）针对【ANSYS算例】8.4的GUl操作，提供完整的命令流。解答：提供的命令流如下。!%ANSYS算例8.4（2）%begin%/PREP7ANTYPE.STATICET,LLINKlR.l,.lMP,EX,1,16E6MP,ALPX,l,92E-7!进入前处理!设置静力分析S!选取单元类型1（杆）!设定实常数!定义1号材料的弹性模量（铜）!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,l,-10!生成节点1N,3,10!生成节点3FILL!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）NA-10,-20!生成节点4N,6,10,-20!生成节点6FILL!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,l,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2E,2,5!由节点2及5生成单元CP,1,UY,5A6!在节点4.5,6之间建立耦合方程D.l.ALL.,3!对节点123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!施加一个均匀温度载荷80（为参考温度+10）FINISH!前处理结束/SOLU!进入求解模块OUTPR.BASICJ!计算结果的输出设置，就1步加载卜的基本力学量进行输出OUTPR.NLOAD,1!计算结果的输出设置，就1步加载卜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/POSTl!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_NCOPPER-N=NODE（10,0.0）!获取位置为（10,0.0）的节点编号，并赋值给COPPER.NSTEEL-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/O,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!%ANSYS算例8.4(2)%end%