实验一 梁结构静力有限元分析
一、实验目的：
1、 加深有限元理论关于网格划分概念、划分原则等的理解。
2、 熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。
3、 能利用ANSYS 软件对梁结构进行静力有限元分析。
二、实验设备：
微机，ANSYS 软件（教学版）。
三、实验内容：
利用ANSYS 软件对图示由工字钢组成的梁结构进行静力学分析，以获得其应力分布情况。
A-A B-B
四、实验步骤：
1、建立有限元模型：
(1) 建立工作文件夹：
在运行ANSYS 之前，在默认工作目录下建立一个文件夹，名称为beam ，在随后的分析过程中所生成的所有文件都将保存在这个文件夹中。
启动ANSYS 后，使用菜单“File ”——“Change Directory …”将工作目录指向beam 文件夹；使用“Change Jobname …”输入beam 为初始文件名，使分析过程中生成的文件均以beam 为前缀。
选择结构分析，操作如下：
GUI: Main Menu > Preferences > Structural
(2) 选择单元：
操作如下： GUI: Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add > Structural Beam >3D 3 node 189
然后关闭Element Types 对话框。
(3) 定义材料属性：
定义弹性模量和泊松比，操作如下：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > linear > Elastic > Isotropic
在弹出的对话框中输入材料参数： 杨氏模量(EX)： 2.06e11
泊松比(PRXY)： 0.3
(4) 定义梁的截面类型和尺寸：
操作如下： GUI: Main Menu > Preprocessor > Sections > Beam > Common Sections
选择“工”字型，W1=W2=0.4,W3=0.6,t1=t2=t3=0.015
(5)创建实体模型：
F=10000N 6m
6m A A B B
首先定义3个关键点，然后通过关键点生成梁实体模型。
定义关键点操作如下：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS
关键点坐标参数如下：
1＃关键点 X=0，Y=0，Z=0
2＃关键点 X=0，Y=6，Z=0
3＃关键点 X=6，Y=6，Z=0
连线操作如下：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > Straight Line 将1和2、2和3连成直线。
（6）划分网格
①首先要设定各梁的截面方向，操作如下：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Picked Lines
选中12线后点“OK”，在弹出对话框中“Pick Orientation Keypoint”项选为Yes,选中第3点为参考点。
同样，选中23线后以第1点为参考点。
②划分网格为10份，操作如下：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Meshing > MeshTool > Lines set (NDIV处输入10) > Mesh
③划分完后显示出截面可看得更清楚，操作如下：
菜单“Plotctrls” > Style > Size and Shape … > Display of element 项为 On Ctrl键+鼠标右键可调角度。
④保存数据库。
GUI: Toolbar >SAVE_DB
2、施加载荷并求解：
（1）定义约束
定义1＃关键点的约束，操作如下：
GUI: Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Keypoints 选择1＃关键点，单击OK按钮。
在被约束自由度(DOFs to be constrained)列表中选”All DoF”限制所有，单击OK按钮。
这时在图形窗口中可看到1＃关键点处出现箭头，表示此点已被约束，箭头表示被约束的方向。
（2) 施加载荷
在梁的上边中间施加向下的载荷Fy＝-10000N，操作如下：
GUI：Solution > Define Loads > Apply > Structural > Force/ Moment > On Nodes
弹出Apply F/M on Nodes 对话框，键入Fy载荷值-10000，单击OK按钮。
（3) 求解
GUI：Solution > Solve > Current LS
3、查看分析结果：
（1）查看模型变形前后图
GUI: Main Menu > General Postproc > Plot Results > Deformed Shape> Def+undeformed
保存图使用菜单“PlotCtrls” > Hardcopy > To file…
（2）查看等效应力
显示等效应力等值线图，操作如下：
GUI: Main Menu > General Postproc > Plot Results > Nodal Solu > Stress > von Mises stress
单击OK按钮。
保存图使用菜单“PlotCtrls” > Hardcopy > To file…
（3）查看变形过程动画
菜单PlotCtrls > Animate > Deformed Results > Stress > von Mises SEQV
动画内容自动在工作目录下保存为avi格式。