门式钢架的受力分析实例

一.分析种类： 结构力学静力分析 二.基本理论：

结构矩阵分析是结构力学的一种分析方法。结构矩阵分析方法认为：结构整体可以看作是由有限个力学小单元相互连接而组成的集合体，每个单元的力学性能可以比作建筑物中的砖瓦，装配在一起就提供整体结构的力学特性。 有限元法的基本思想是：

1. 假想把连续系统分割成数目有限的单元，单元只在数目有限的节点相连。在节点引进等效载荷，代替实际作用与系统的外载荷

2. 对每个单元由分块近似的思想，按一定的规则建立求解未知量与节点相互作用之间的关系

3. 把所有单元的这种特性关系按一定条件集合起来，引入边界条件，构成一组以节点变量为未知量的代数方程组，求解就得到有限个节点处的待求变量

所以，有限元法实质上是把具有无限个自由度的联系系统，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题转化为适合于数值求解的结构型问题

静力分析用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。本次分析为结构线性静力分析

静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷。

静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移，应力，应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括： l. 外部施加的作用力和压力

2. 稳态的惯性力（如中力和离心力） 3. 位移载荷 4. 温度载荷

线性静力分析的求解步骤 1． 建模

2． 施加载荷和边界条件，求解 3． 结果评价和分析 三.有限元方法及软件：

利用位移函数—虚功原理推导梁单元的有限元计算公式 第一步：写出单元位移、节点力向量 应用软件ANSYS10.0

在ANSYS产品家族中有七种结构分析的类型。结构分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是位移，其他的一些未知量，如应变，应力，和反力可通过节点位移导出。本次分析静力分析（Stastic）

四.实例：门式钢架的受力分析 4.1 问题描述：

门式钢架受到均布载荷q=200N/m作用，其柱高5m，横梁长10m,柱和梁均采用刚梁制作，杨氏模量E=2.1e5MPa,泊松比u=0.3，且已知柱与梁的横截面积形式均为工字梁，其中柱的参数为W1=0.2、W2=0.2、W3=0.4、t1=0.02、t2=0.02、t3=0.01，梁的参数为柱的参数的1.565倍

要求：求在均布载荷q作用下门式钢架的剪力、最大弯距、最大转角，绘制弯距图以及剪力图。 示意图：

4.2求解过程： （一） ：前处理

1. 修改工作名及标题名：

File>Change Jobname 工作文件名取为work File>Change Title 标题名取为Beam analysis 2. 设定单元类型

Preprocessor/Element Type/Add/Edit/Delete谈出Element Types对话框，分别添加Beam类型中的2 node 188与3 node 189 3.设定单元截面形式

Preprocessor>Sections>Beam>Common Sects。将出现梁工具对话框.按已知条件输入参数 4.定义材料属性

Preprocessor>Material Props> Material>Material Models

弹出Define Material Model Behavior对话框，在右边选择：Structural>Linear>Elastic>Isotropic定义材料1 5.创建模型

（1）.Preprocessor>Modeling-Create>Keypoints>In Active CS定义四点 关键点号：1 坐标值：0，0，0 关键点号：2 坐标值：0，5，0 关键点号：3 坐标值：10，0，0， 关键点号：4 坐标值：10，5，0

（2）. Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Straight Line 依次选择1和2，3和4，2和4创建三条直线

（3）. Preprocessor>Meshing>Meshing Attributes>Picked Lines

选择直线1，在材料属性MAT下拉列表中选择1，单元类型TYPE下拉列表中选择1 BEAM 188，单元截面形状SECT下拉列表中选择1 COLUMN，Pick Orientation Keypoints项选择Yes,选择3点作为左侧柱子的定向关键点。

Preprocessor>Meshing>Meshing Attributes>Picked Lines

选择直线2，在材料属性MAT下拉列表中选择1，单元类型TYPE下拉列表中选择1 BEAM 188，单元截面形状SECT下拉列表中选择1 COLUMN，Pick Orientation Keypoints项选择Yes,选择1点作为右侧柱子的定向关键点。

Preprocessor>Meshing>Meshing Attributes>Picked Lines

选择直线3，在材料属性MAT下拉列表中选择1，单元类型TYPE下拉列表中选择2 BEAM189，单元截面形状SECT下拉列表中选择2 BEAM，Pick Orientation Keypoints项选择Yes,选择1点作为横梁的定向关键点。 （4）. Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>Manual Size>Lines>Picked Lines 选择直线1和2，设置划分分数DAIV为5，同样方法划分直线3为10 （5）. Preprocessor>Meshing>Mesh>Lines划分直线1，2，3 （6）.此时，图形窗口中，可看到钢架的有限元模型，如图所示

（二）：施加载荷及求解

（1）. Solution>Loads>Apply>Structural>Displacement>On Keypoints选择底端的1和3点，建立全约束ALL DOF

（2）. Solution>Loads>Apply>Structural>Pressure>On Beams选择横梁，按已知条件设定压力VALI为-200 （3）. Solution>Analysis Type>New Analysis选择Static项

（4）. Solution>Solve>Current LS查看检查模型信息，确认无错后求解。 （三）：后处理

1. 求门式钢架的剪力值和最大弯距值

（1）.General Postproc>Element Table>Define Table

在Lab文本框输入Ishear，在By sequence num在上列表选择SMISC在右下框输入5建立I节点剪力的单元表数据 在Lab文本框输入Jshear，在By sequence num在上列表选择SMISC在右下框输入18建立J节点剪力的单元表数据 在Lab文本框输入IM，在By sequence num在上列表选择SMISC在右下框输入2建立I节点弯距的单元表数据

在Lab文本框输入JM，在By sequence num在上列表选择SMISC在右下框输入15建立J节点剪力弯距的单元表数据 （2）. General Postproc>List Results>Elem Table Date在弹出的List Elem Table Date对话框中依次选择 Ishear、 Jshear、IM、JM四组数据表，可查看所求的各项值，如图所示

2. 画出门式钢架的剪力图和弯距图

（1）. General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Line Elem Res 在LabI列表中选择IM在LabJ列表中JM绘出门式钢架的弯距图如图所示

（2）. General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Line Elem Res 在LabI列表中选择Ishear在LabJ列表中Jshear绘出门式钢架的剪力图如图所示

3. 求门式钢架的最大转角

General Postproc>List Results>Nodal Solution在弹出的 List Nodal Solution左列表中选择DOF solution右列表中选择ROTZ单击OK 其所求各项值如图所示

4. 画出门式钢架的变形图

General Postproc>Plot Results>Deformed Shape选择Def shape only显示门式钢架的变形图如图所示

5. 求支座反力

General Postproc>List Results>Reaction Solu在弹出的 List Reaction Solu对话框选择All items，列处所有形式的支座反力如图所示

4.3分析

五.总结

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/x9bg.html