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[结构分析] 矩形薄板在垂直均布压力作用下变形与模态分析

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发表于 2016-6-12 09:06 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本文基于ANSYS 10.0平台上,对钢架结构的矩形薄板变形、立柱所受弯矩及整体钢架结构的模态进行了分析。文中分析时,根据其具体结构对矩形薄板采用了板壳模型,立柱采用了空间梁模型,合理的简化了ANSYS对此钢架结构的分析,从而缩短了计算时间,提高了工作效率。

1、引 言

薄板和立柱组合的钢架结构在日常生活中应用非常广泛,例如凳子、桌子、简易房屋等,因此对其进行力学分析有着十分重要的意义。

顶部薄板在垂直方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸,且只受到垂直于薄板方向的力,因此可将其简化为板桥问题进行求解;其支撑立柱受到包括弯矩在内的全约束,而杆单元适用于只受轴向力方向的情形,因此采用梁单元较为合理。在对钢架结构如此简化后再分析矩形薄板变形、立柱所受弯矩及钢架结构模态时,不仅合理可行,而且提高了计算效率。

2、计算模型

问题描述:
如图所示钢架结构,材料的参数为弹性模量 1.png ,密度 2.png ,泊松比 3.png ,它在台面上受到顶部的均布载荷作用。求所示顶盖的位移,立柱的弯矩及所示结构的前五阶固有频率与振型。
4.png
问题详细说明:
ANSYS有限元分析过程主要包括三个步骤:
1.创建有限元模型—前处理
1)单元类型:矩形薄板 Shell63;立柱Beam4。
2)实常数:矩形薄板 板厚 5.png
立柱 横截面面积 6.png ;z轴惯性矩 7.png ;y轴惯性矩 8.png ; z轴方向厚度 9.png ;y轴方向厚度 10.png
3)定义材料属性:弹性模量 11.png ;泊松比 12.png ;密度 13.png
4)构建几何模型并进行网格划分。
2.施加载荷并求解
1)施加约束与载荷。
2)对有限元模型进行静态求解。
3)对有限元模型进行静态求解。
3.查看分析结果,检验结果的正确性。
A静态分析
1)  顶盖的位移图,如图2所示
14.png
2)  立柱的弯矩图,如图3所示
15.png
B模态分析
1)  模态分析的前五阶固有频率如下表
模态分析的前五阶固有频率表
16.png
2)  模态分析的前五阶固有频率振型
17.png
18.png
19.png
20.png
21.png



来源:CAE技术联盟

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 楼主| 发表于 2016-6-12 09:07 | 显示全部楼层
3、结 论
本文在对此钢架结构进行有限元分析时, 把顶盖看作是板壳单元,把立柱看作梁单元,简化了对钢架结构分析模型。通过实际的计算与分析,说明这种简化是可行的,能够解决此类结构的变形、强度和振动问题。
log文件(命令流方式):
/BATCH
! /COM,ANSYS RELEASE 10.0    UP20050718       20:39:08    12/08/2012            
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!*
/NOPR  
/PMETH,OFF,0
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KEYW,MAGEDG,0  
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KEYW,PR_CFD,0  
/GO
!*
! /COM,  
! /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:
! /COM,  Structural  
!*
/PREP7
!*
ET,1,SHELL63
!*
ET,2,BEAM4
!*
R,1,0.01, , , , , ,
RMORE, , , ,
RMORE  
RMORE, ,
!*
R,2,1.6e-3,2.1333333333e-6,2.1333333333e-6,0.04,0.04, ,
RMORE, , , , , , ,
!*
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
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MPDATA,PRXY,1,,0.3
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FITEM,2,6  
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A,P51X
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! /PNUM,KP,1
! /PNUM,LINE,1
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! /PNUM,VOLU,0
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!*
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! /REPLOT
!*
! LPLOT  
! /ANG,1,90,XS,1
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! /REP,FAST  
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来源:CAE技术联盟

 楼主| 发表于 2016-6-12 09:08 | 显示全部楼层
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! /ANG,   1,  -94.5433607012
! /REPLO
! SAVE, desk,db,
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ASEL, , , ,       1
CM,_Y1,AREA
CMSEL,S,_Y
!*
CMSEL,S,_Y1
AATT,       1,       1,   1,       0,  
CMSEL,S,_Y
CMDELE,_Y  
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!*
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
!*
CM,_Y,AREA
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CHKMSH,'AREA'  
CMSEL,S,_Y
!*
AMESH,_Y1  
!*
CMDELE,_Y  
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!*
! LPLOT  
FLST,5,4,4,ORDE,2  
FITEM,5,5  
FITEM,5,-8
CM,_Y,LINE
LSEL, , , ,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,S,_Y
!*
!*
CMSEL,S,_Y1
LATT,1,2,2, , , ,  
CMSEL,S,_Y
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CMDELE,_Y1
!*
FLST,2,4,4,ORDE,2  
FITEM,2,5  
FITEM,2,-8
LMESH,P51X
! SAVE, desk,db,
FINISH
/SOL
FLST,2,4,3,ORDE,2  
FITEM,2,1  
FITEM,2,-4
!*
/GO
DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , ,
FLST,2,1,5,ORDE,1  
FITEM,2,1  
/GO
!*
SFA,P51X,1,PRES,-5e6
!*
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!*
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! /STATUS,SOLU
SOLVE  
FINISH
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!*
! /EFACET,1  
! PLNSOL, U,Z, 2,1.0
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AVPRIN,0, ,
ETABLE,mz_i,SMISC, 6
!*
AVPRIN,0, ,
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FINISH
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MPTEMP,1,0
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/SOL
!*
ANTYPE,2
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! EPLOT  
!*
ANTYPE,2
!*
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MXPAND,5, , ,0
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!*
MODOPT,LANB,5,0,0, ,OFF
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SET,FIRST  
SET,LIST,999
SET,,, ,,, ,1  
SET,,, ,,, ,1  
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SET,NEXT
SET,LIST,999
SET,,, ,,, ,2  
!*
! /EFACET,1  
! PLNSOL, U,SUM, 2,1.0
SET,LIST,999
SET,,, ,,, ,3  
SET,,, ,,, ,3  
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! /EFACET,1  
! PLNSOL, U,SUM, 2,1.0
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SET,,, ,,, ,4  
SET,,, ,,, ,4  
!*
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!*
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! SAVE, desk,db,
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