实验27 平面刚架静力分析
一、实验课题
平面刚架如图所示，已知刚架内各段梁均为矩形截面，各参数如下：
梁截面高： h = 100 mm
宽： b = 50 mm
分布载荷： q = 4.8 kN/m，
集中力偶： M = 5 kN-m
弹性模量： E = 200 GPa
切变模量： G = 80 GPa
二、实验要求
1 掌握平面梁单元的定义方法；
2 掌握刚架模型的建立方法；
3 掌握边界条件的处理方法；
4 掌握分布载荷和力偶的施加方法；
5 熟悉平面梁单元的输出内容及查询方法。
三、实验步骤：
Ⅰ 进入 ANSYS
点击 【程序】→【ANSYS5.4】→【Run Interactive Now】
Ⅱ 建立有限元模型
1 输入标题
(1) 点击【File】→【Change Title】；
(2) 输入标题“Plane Frame Static Analysis”；
(3) 点击【OK】按钮。
2 选择分析类型
(1) 点击【Main Menu】→【Preferences】；
(2) 选择 structural 复选框，然后点击【OK】按钮。
3 确定单元类型
(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Element Type】→【Add/Edit/Delete】；
(2) 点击【Add】，选择 structural beam 族中 2-D Elastic 3 单元；
(3) 先击【OK】按钮，再击【Close】关闭对话框。
4 定义实常数(截面积)
(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Real Constants】；
(2) 先点击【Add】，再点击【OK 】；
(3) 依次输入面积 5E-3，惯性矩 4.1667E-6，梁高 0.1，再点击【OK】和【Close】。
5 定义材料性质
(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Material Props】→【Constant-Isotropic】；
(2) 点击【OK】；
(3) 输入弹性模量 200E+09，然后点击【OK】。
6 输入节点坐标
(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Modeling Create】→【Nodes】→【In Active CS】；
(2) 输入节点号 1 ，及其坐标 0 , 0 ，然后点击【Apply】；
(3) 输入节点号 2 ，及其坐标 5 , 0 ，然后点击【Apply】；
(4) 输入节点号 3 ，及其坐标 10 , 0 ，然后点击【Apply】；
(5) 输入节点号 4 ，及其坐标 5 , -5 ，然后点击【OK】。
7 定义杆单元
(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Modeling-Create】→【Elements】→【Auto Numbered】→【Thru Nodes】；
(4) 点取节点 1 和 2 生成单元 1 ，然后点击【Apply】；
点取节点 2 和 3 生成单元 2 ，然后点击【Apply】；
点取节点 2 和 4 生成单元 3 ，然后点击【OK】。
8 显示单元属性号
(1) 点击【Plot Ctrls】→【Numbering】；
(2) 打开 Node numbers 复选框；
(3) 在 Elem/Attrib numbering 选择框选 Element num ，然后点击【OK】；
(4) 点击【Plot】→【Elements】；
Ⅲ 求解
1 定义约束
(1) 点击【Main Menu】→【Solution】→【Loads-Apply】→【Structural-Displacement】→【On Nodes】；
(2) 点取节点 1，节点 3 和节点 4 再在拾取窗中点击【OK】；
(3) 选择 ALL DOF ， 再点击【OK】。
2 施加载荷
(1) 点击【Main Menu】→【Solution】→【Loads-Apply】→【Structural- Force/Moment】→【On Nodes】；
拾取节点 2 ，再在拾取窗中点击【OK】；
在 Direction of force/mom 框中选 MZ ，
在Force/mom Value 框中输入载荷值 5000 然后点击【OK】。
(2) 点击【Main Menu】→【Solution】→【Loads-Apply】→【Structural-Pressure】→【On Beam】；
拾取梁单元 1 ，再在拾取窗中点击【OK】；
在VALI 框中输入压力值 4800 然后点击【OK】。
3 求解
(1) 点击【Main Menu】→【Solution】→【Solve】→【Current LS】；
(2) 浏览显示的信息，点击【OK】后开始求解；
(3) 点击【Close】关闭information框，再关闭文本窗口。
Ⅳ 后处理
1 画变形图
(1) 点击【Main Menu】→【General Postproc】→【Plot Results】→【Deformed Shade】；
(2) 点击【OK】。
2 查看节点位移
(1) 点击【Main Menu】→【General Postproc】→【List Results】→【Nodal Solution】；
(2) 在 Item to be listed 框中选 DOF solution 及其 All DOFs DOF；
(3) 点击【OK】,浏览各节点位移。
3 查看单元结果
(1) 点击【Main Menu】→【General Postproc】→【List Results】→【Element Solution】；
(2) 在 Item to be listed 框中选 Nodal force data 及其 All forces FORC；
(3) 点击【OK】。
Ⅴ 退出 ANSYS
点击工具栏上【Quit】按钮，选择 quit - no save! 复选框，再点击【OK】。
四、思考题
1. 若节点 4 竖向沉降 1mm，该如何处理？
2．若在单元3的中间作用一个水平向右的集中载荷，该如何处理？
