ansys梁支架結(jié)構(gòu)的幾何建模

1、1 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential04-梁支架結(jié)構(gòu)的幾何建模算例來源：安世亞太公司算例制作：孟志華算例校核：關(guān) 鍵 詞：支架、梁單元、幾何建模、Spaceclaim2 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential摘要本算例對一個支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，以準(zhǔn)備進(jìn)行靜力分析，支架結(jié)構(gòu)被簡化為梁結(jié)構(gòu)。本算例可以學(xué)習(xí)掌握ANSYS 最新的Spaceclaim幾何建模工具的基本操作，包括梁的軸線建模、橫截面建模，以及梁端共節(jié)點(diǎn)的處理方法。本例題是ANSYS中梁單元的幾何建模的基本例題，是梁結(jié)構(gòu)分析

2、的入門題目。3 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential案例描述本算例對一個支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，支架結(jié)構(gòu)被簡化為梁結(jié)構(gòu)。在題目中，將完成梁的軸線建模、梁截面建模，并進(jìn)行梁端共節(jié)點(diǎn)的處理，為梁單元有限元計(jì)算做幾何模型的準(zhǔn)備。支架梁的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖，為三角形梁結(jié)構(gòu)。截面尺寸如下圖，為焊接角鋼截面。4 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.1打開打開 ANSYS Workbench，打開幾何建模，打開幾何建模模塊模塊（1）首先啟動ANSYS Workbench環(huán)境。（2）在Workbe

3、nch環(huán)境的起始界面，在左邊工具欄【Toolbox】中，找到靜力分析項(xiàng)目【Static Structural】，用鼠標(biāo)左鍵，將該項(xiàng)目拖動至右側(cè)的空白區(qū)域【Project Schematic】中，即創(chuàng)建了一個靜力分析過程的流程。提示：ANSYS已經(jīng)提供了靜力分析、模態(tài)分析、熱分析等分析流程的工具箱，工程師可根據(jù)工程需要，拖動所需流程模板放置到項(xiàng)目流程的視窗中。本例題使用的靜力分析流程，從上至下包含了工程材料數(shù)據(jù)、幾何建模、有限元模型、分析工況設(shè)置、求解計(jì)算、后處理等步驟，可分別打開不同的模塊來完成不同的操作。5 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confide

4、ntial3.1打開 ANSYS Workbench，打開幾何建模模塊（續(xù)）（3）在項(xiàng)目流程視窗【Project Schematic】中，找到靜力分析項(xiàng)目A，并在其中的【Geometry】欄目上用鼠標(biāo)右鍵彈出菜單，選擇第一項(xiàng)【New Spaceclaim Geometry】，系統(tǒng)將打開一個新的頁面，即為Spaceclaim幾何建模模塊。提示：在17.0以后的ANSYS版本中，更為推薦使用Spaceclaim來進(jìn)行幾何建模和模型處理，而之前常用的Designmodeler建模工具則不再是首選工具。此外，在實(shí)際工程中，讀者也可以直接從Windows開始菜單中的ANSYS目錄下，直接啟動SCDM（即

5、Spaceclaim）幾何建模模塊。6 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.2創(chuàng)建創(chuàng)建三角支架梁的軸線及橫截面三角支架梁的軸線及橫截面（1）將Spaceclaim模塊切換為中文環(huán)境：在Spaceclaim模塊的頂部菜單中，打開【File】-【Spaceclaim Option】進(jìn)行高級設(shè)置。在設(shè)置選項(xiàng)中，找到【Advanced】-【Language】，將語言設(shè)置改為“中文簡體”或“Default”（這兩個語言設(shè)置需要來回切換，如果沒有改好，則再切換為另一項(xiàng)更改一次），點(diǎn)擊確定。7 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2

6、022ANSYS Confidential3.2創(chuàng)建三角支架梁的軸線及橫截面（續(xù)）（2）切換得到“草繪模式”進(jìn)行軸線的繪制：a.在Spaceclaim模塊的頂部菜單中，選擇【設(shè)計(jì)】頁簽，b.在【設(shè)計(jì)】頁簽下的快捷工具欄中，點(diǎn)擊圖中“第2步”草繪按鈕，切換到草繪模式的視圖。c.點(diǎn)擊圖中下方“第3步”的按鈕，將視角轉(zhuǎn)到草繪的工作平面上。d.點(diǎn)擊圖中上方“第4步”創(chuàng)建線條按鈕，準(zhǔn)備創(chuàng)建直線。8 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.2創(chuàng)建三角支架梁的軸線及橫截面（續(xù)）（3）繪制三角形軸線：參考下圖進(jìn)行操作，a.用上一步的創(chuàng)建線條按鈕，先點(diǎn)擊

7、原點(diǎn)作為起點(diǎn)，向右水平放置鼠標(biāo)（不點(diǎn)擊鼠標(biāo)），然后直接輸入“4000”長度，回車，完成第一條線。b.重新點(diǎn)擊創(chuàng)建線條按鈕，點(diǎn)擊原點(diǎn)作為起點(diǎn)，向下垂直放置鼠標(biāo)（不點(diǎn)擊鼠標(biāo)），然后輸入“2000”的高度，回車，完成第二條線。c.直接繼續(xù)創(chuàng)建第三條線，即點(diǎn)擊水平線段的終點(diǎn)，作為第三條線的終點(diǎn)。完成后如下圖，形成三條線。9 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.2創(chuàng)建三角支架梁的軸線及橫截面（續(xù)）（4）創(chuàng)建角鋼梁的截面形狀，如下圖：a.第1步，在左側(cè)欄中，找到【結(jié)構(gòu)】標(biāo)簽，點(diǎn)擊即切換到結(jié)構(gòu)目錄樹。在結(jié)構(gòu)目錄樹可以看到創(chuàng)建了三條草繪的線段。b.

8、第2步，在頂部標(biāo)簽欄，點(diǎn)擊并切換到【準(zhǔn)備】標(biāo)簽下，此時(shí)，頂部工具欄提供了新的快捷工具，主要是用于板殼模型和梁模型的處理。c.第3步，在頂部工具欄中，點(diǎn)擊【輪廓】按鈕，在彈出的截面形狀定義欄中，選擇一個“角鋼”形狀的截面。此時(shí)，將在左邊結(jié)構(gòu)目錄樹中，多出一個“橫梁輪廓”的子目錄，里面記錄了剛插入的“角鋼”截面。提示：在有限元中，板殼和梁是常用的簡化模型，而CAD建模通常只有三維實(shí)體模型的概念。因此在Spaceclaim中，為了有限元的幾何建模便利，特定地加了對板殼和梁模型的一系列特殊處理工具。10 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.

9、2創(chuàng)建三角支架梁的軸線及橫截面（續(xù)）（5）定義角鋼梁截面的尺寸：在左側(cè)結(jié)構(gòu)目錄樹中，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊【橫梁輪廓】下的L型截面，在彈出菜單選擇“編輯梁輪廓”。系統(tǒng)將新打開一個界面，來完成對梁截面幾何的定義和編輯。接下來，在新打開的窗口中，在左側(cè)的【群組】-【尺寸】中，找到并點(diǎn)擊W1尺寸，然后在下方的面板中，設(shè)置【偏移】尺寸從100mm改為80mm。此時(shí)可看到角鋼截面的形狀發(fā)生了變化，水平向的翼板寬度已經(jīng)改為80mm。（注意截面的坐標(biāo)系）。修改完成后，在界面左下角的標(biāo)簽，把當(dāng)前的截面編輯窗口“SYS”打叉關(guān)閉，即回到梁模型的建模窗口中。11 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022A

10、NSYS Confidential3.2創(chuàng)建三角支架梁的軸線及橫截面（續(xù)）（6）創(chuàng)建梁模型：回到梁模型的建模窗口中，在【準(zhǔn)備】欄中，點(diǎn)擊“創(chuàng)建”梁的按鈕（圖中第1步），即為使用現(xiàn)有的L角鋼截面創(chuàng)建梁模型。然后在窗口中確認(rèn)圖中“2”的操作按鈕，然后依次點(diǎn)選三個線條。即可完成三個梁的創(chuàng)建。12 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.2創(chuàng)建三角支架梁的軸線及橫截面（續(xù)）（7）檢查梁模型：鍵入快捷鍵字母K和D，可以在草繪模式（K）、三維模式（D）之間切換。切換到三維模式（D）。然后在頂部欄目中找到【準(zhǔn)備】-【顯示】-【實(shí)體橫梁】，即可顯示梁模

11、型的截面效果。13 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.2創(chuàng)建三角支架梁的軸線及橫截面（續(xù)）然后，讀者應(yīng)檢查三個角鋼梁的角鋼擺放方向是否符合工程實(shí)際，若不符合，應(yīng)修改角鋼的擺放角度。梁截面的擺放角度，即梁截面的X方向，與梁線段的布置方向一致。因此，可以參考下圖的操作步驟，使用【定向】按鈕，調(diào)整每個梁線段的坐標(biāo)系X軸的角度，使其符合實(shí)際。本例題不做調(diào)整。14 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential3.3. 定義梁端的節(jié)點(diǎn)為共享節(jié)點(diǎn)（固連節(jié)點(diǎn)）如下圖，在Spaceclaim建模模塊

12、中，強(qiáng)制各零部件共享拓?fù)洌匆蠛罄m(xù)網(wǎng)格劃分時(shí)有共節(jié)點(diǎn)）的方法是，1.切換到結(jié)構(gòu)目錄樹；2.點(diǎn)選目錄樹的根部（全部共享拓?fù)洌┗蛘吣硞€組件（部分組件共享拓?fù)洌?.在下方相關(guān)的設(shè)置面板中，設(shè)置共享拓?fù)湫问綖椤肮蚕怼?。提示：對于本例題，三個梁共享拓?fù)浜螅瑢⒃诤罄m(xù)的網(wǎng)格劃分中，梁端交點(diǎn)將是共節(jié)點(diǎn)，即固連方式。若無此操作，三個梁將無法傳遞位移和力，沒有相互連接。15 2018 ANSYS, Inc.March 8, 2022ANSYS Confidential分析小結(jié)本例題針對一個三角支架問題，建立了梁的線條模型，模型由三段梁組成，梁截面為角鋼。建模時(shí)使用了ANSYS推薦使用的Spaceclaim模塊，基于草繪模式建立三條線段，并創(chuàng)建了自定義橫截面，最后基于已有的三條線段，創(chuàng)建了三個梁。另外，引進(jìn)了“共享拓?fù)洹钡母拍睿?/p>