实验一衍架的结构静力分析结构静力分析是ANSYS软件中最简单，应用最广泛的一种功能，它主要用于分析结构在固定载荷（主要包括外部施加的作用力，稳态惯性力如重力和离心力，位移载荷和温度载荷等）作用下所引起的系统或部件的位移，应力，应变和力。
一般情况下，结构静力分析适用于不考虑或惯性，阻尼以及动载荷等对结构响应的影响不大的场合，如温度，建筑规范中的等价静力风载和地震载荷等在结构中所引起的响应。
结构静力分析分为线性分析和非线性分析两类，由于非线性分析涉及大变形，塑性，蠕变和应力强化等内容，较为复杂，不适于作为入门教学。
因此，本实训中只讨论ANSYS的线性结构静力分析。
一、问题描述图1所示为由9个杆件组成的衍架结构，两端分别在1，4点用铰链支承，3点受到一个方向向下的力F y ,衍架的尺寸已在图中标出，单位： m。
试计算各杆件的受力。
其他已知参数如下:弹性模量（也称扬式模量）E=206GPa；泊松比μ=0.3；作用力F y =-1000N；杆件的横截面积A=0.125m2.显然，该问题属于典型的衍架图1衍架结构简图静力分析问题，通过理论求解方法（如节点法或截面法）也可以很容易求出个杆件的受力，但这里为什么要用ANSYS软件对其分析呢？二、实训目的本实训的目的有二：一是使学生熟悉ANSYS8.0软件的用户界面，了解有限元分析的一般过程；二是通过使用ANSYS软件分析的结果和理论计算结果进行比较，以建立起对利用ANSYS软件进行问题根系的信任度，为以后使用ANSYS软件进行更复杂的结构分析打基础。
三、结果演示通过使用ANSYS8.0软件对该衍架结构进行静力分析，其分析结果与理论计算结果如表1所示。
表1 ANSYS 分析结果与理论计算结果的比较杆件序号 1 2 3 45 67 8 9 ANSYS 分析结果/N 333.33333.33666.67-471.40 0 -666.67471.40666.67-947.81理论计算结果/N 333.333 333.333 666.667 -471.405 0 -666.667471.405 666.667 -942.809 误差/%0.30.30.30.50 0.30.50.30.1比较结果表明，使用ANSYS 分析的结果与理论计算结果的误差不超过0.5%，因此，利用ANSYS 软件分析来替代理论计算是完全可行的。
四、实训步骤（一） ANSYS8.0的启动与设置1． 启动。
点击：开始>所有程序> ANSYS8.0> ANSYS ，即可进入ANSYS 图形用户主界面。
如图2所示。
其中，几个常用的部分有应用菜单，命令输入栏，主菜单，图形显示区和显示图形显示区 主菜单应用菜单命令输入栏显示调整工具栏图2 用户主界面调整工具栏，分别如图2所示。
2． 功能设置。
电击主菜单中的“Preference ”菜单，弹出“参数设置”对话框，选中“Structural ”复选框，点击“OK ”按钮，关闭对话框，如图3所示。
本步骤的目的是为了仅使用该软件的结构分析功能，以简化主菜单中各级子菜单的结构。
3． 系统单位设置。
由于ANSYS 软件系统默认的单位为英制，因此，在分析之前，应将其设置成国际公制单位。
在命令输入栏中键入“/UNITS ，SI ”，然后回车即可。
（注：SI 表示国际公制单位）（二） 单元类型，几何特性及材料特性定义图3 Preference 参数设置对话框图4单元类型库对话框图5单元类型对话框1．定义单元类型。
电击主菜单中的“Preference >Element Type>Add/Edit/Delete ”，弹出对话框，点击对话框中的“Add …”按钮，又弹出一对话框（图4），选中该对话框中的“Link ”和“ 2D spar 1”选项，点击“OK ”，关闭图4对话框，返回至上一级对话框，此时，对话框中出现刚才选中的单元类型：LINK1，如图5所示。
点击“Close ”，关闭图5所示对话框。
注：LINK1属于二维平面杆单元，即我们常说的二力杆，只承受拉压，不考虑弯矩。
2．定义几何特性。
在ANSYS 中主要是实常数的定义：点击主菜单中的“Preprocessor>RealContants>Add/Edit/Delete ”, 弹出对话框，点击“Add …”按钮，第二（1）步定义的LINK1单元出现于该对话框中，点击“OK ”，弹出下一级对话框，如图6所示。
在AREA 一栏杆件的截面积0.125，点击“OK ”，回到上一级对话框，如图7所示。
点图6单元类型对话框 图7 实常数对话框图8 材料特性对话框击“Close ”，关闭图7所示对话框。
3．定义材料特性。
点击主菜单中的“Preprocessor>Material Props> Material Models ”, 弹出对话框，如图8所示,逐级双击右框中“Structural,Linear,Elastic,Isotropic ”前图标，弹出下一级对话框，在弹性模量文本框中输入：206E9，在泊松比文本框中输入：0.3，如图9所示，点击“OK ” 返回上一级对话框，并点击“关闭”按钮，关闭图8所示对话框。
（三） 衍架分析模型的建立1． 生成节点。
图10所示衍架中共有6个节点，其坐标根据已知条件容易求出如下：1（0，0，0），2（1，0，0），3（2，0，0），4（3，0，0），5（1，1，0），6（2，1，0）。
点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>C reate>Nodes>In Active CS ”, 弹出对话框.在“Nodenumber ”一栏中输入节点号1，在“XYZ Location ”一栏中输入节点1的坐标（0，0，0），如图10所示，点击“Apply ” 按钮，在生成1节点的同时弹出与图10一样的对话框，同理将2-6点的坐标输入，以生成其余5个节点。
此时，在显示窗口上图9 材料特性参数对话框图10 节点生成参数输入对话框图11 生成节点显示显示所生成的6个节点的位置，如图11所示。
2．生成单元格。
点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>Thru Nodes”,弹出“节点选择”对话框，如图12所示。
依次点选节点1、2，点击Apply按钮，既可生成①单元。
同理，分别点击2、3；3、4；1、5；2、5；5、6；3、5；3、6；4、6可生成其余8个单元。
生成后的单元如图13所示。
（四）施加载荷1．施加位移约束。
点击主菜单中的“Preprocessor>Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes”,弹出与图12所示类似的“节点选择”对话框，点选1节后，然后点击“Apply”按钮，弹出对话框如图14所示，选择右上列表框中的“All DOF”,并点击“Apply” 按钮，弹出对话框如图14所示，选择右上列表框中的UY，并点击“OK”按钮，即可完成对节点4沿y方向的位移约束。
图12 节点选择对话框图13 生成单元显示2．施加集中力载荷。
点击主菜单中的“Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes”,弹出对话框如图15所示，在“Direction of force/mom”一项中选择：“FY ”，在“Force/Moment value” 一项中输入：-1 000（注：负号表示力的方向与Y 的正向相反），然后点击“OK ”按钮关闭对话框，这样，就在节点3处给桁架结构施加了一个竖直向下的集中载荷。
说明：根据图1所示有限元分析的基本过程，到此为止，有限元分析的前置处理部分已经结束。
但在使用ANSYS 软件进行分析的过程中，施加载荷这一步骤往往既可以在前置处理中完成（如本实训一样），也可以在求解器中完成（如点击主菜单中的“Solution>Define Loads>Apply>Stuctural…”,实现过程完全一样）。
（五）开始求解图14 节点1的位移约束图15 施加载荷点击主菜单中的“Solution>Solve>Current LS”,弹出对话框（图16），点击“OK ”按钮，开始进行分析求解。
分析完成后，又弹出一信息窗口（图17）提示用户已完成求解，点击“Close”按钮关闭对话框即可。
至于在求解时产生的STATUS Command 窗口，点击“File>Close”关闭即可。
说明：到此为止，有限元分析的求解器计算部分已经结束。
（六）分析结果显示1．显示变形图。
点击主菜单中的“General Postproc>Plot Results>Deformed Shape”,弹出对话框如图18所示。
选中“Def + undeformed”选项，并点击“OK ”按钮，即可显示本实训桁架结构变形前后的结果，如图19所示。
图2-3 用户主界面图16 求解对话框图17 求解完成图18 显示变形图设置2显示变形动画。
点击应用菜单（Utility Menu ）中的PlotCtrls >Animate>De formed Shape…,弹出对话框如图20所示。
选中Def+u ndefo rmed ”选项，并在“Time delay ”文本框中输入：0.1,然后点击“OK ”按钮，即可显示本实训桁架结构的变性动画。
由于集中力FY 作用在3节点上，因此，3节点产生的位移最大。
图21是动画片、显示桁架受力变形的过程，右边窗口是动画显示的控制窗口，可以暂停，也可以拖动显示进度条。
图19 用户主界面图20 变形动画参数设置3．列举支反力计算结果。
点击主菜单中的“General Postproc>List Results> Reaction Solu ”，弹出对话框如图22所示。
接受缺省设置，点击“OK ”按钮关闭对话框，并弹出一列表窗口，显示了两铰链点（1、4节点）所受的支反力情况，如图23所示。
4.列举各杆件的轴向力计算结果。
点击主菜单中的“General Postproc>List Result> Element Solution ”，弹出对话框如图24所示，在中间列表框中移动滚动条至最后，选择“By Sequence num ”选项，右上列表框中选择“SMISC ”选项，右下文本框中输入“SMISC ，1”，点击“OK ”按钮关闭对话框，并弹出一列表窗口，显示了9个杆单元所受的轴向力，如图25所示，此外，还给出了最大、最小力及其发生位置。