自定义截面

2003 年 6 月 　　　　　　　　　　　　陕 　西 　工 　学 　院 　学 　报 J une. 2003 第 19 卷第 2 期 　　　 　　　　　　　　Journal of Shaanxi Institute of Technology Vol. 19 　No. 2 [文章编号 ]1002 - 3410 (2003) 02 - 0068 - 03 如何在 ANSYS 中实现自定义梁截面 王玉琴 (陕西理工学院 土建系 ,陕西 汉中 723003) [摘 　要 ] 　通过在 ANSYS 中自定义梁、柱截面形状及尺寸 ,克服了采用 ANSYS 梁横截面库 中的截面无法划分区格的缺陷 ,为实际工程计算和研究提供了方便。文中提供了详细的实施 方法 ,可供参考。 [关 　键 　词 ] 　ANSYS ; 　截面 ; 　区格划分 [中图分类号 ] 　TU311. 2 　　　　　　　[文献标识码 ] 　A 收稿日期 :2003 - 05 - 03 作者简介 :王玉琴 (1967 —) ,女 , 陕西富平人 ,陕西理工学院土建系讲师 ,西安建筑科技大学在读硕士研究生 ,主要从事 钢结构和材料的研究。 结构分析是建筑设计的一个基本要求 ,随着计算机技术的发展 ,大型有限元软件已成为结构分析的 有力工具。ANSYS 3 软件是美国 ANSYS 公司研制的一个功能强大的大型有限元分析软件 ,具有强大 的前处理、求解和后处理功能 ,目前广泛应用于航空航天、核工业、铁道、石油化工、机械制造、水利水电、 生物医学、土木工程、家用产品及科学研究等领域。用有限元方法进行结构分析时 ,要将截面划分为若 干个区格 ,在使用 ANSYS 进行计算时 ,划分截面区格数目的多少 ,不仅影响计算的精度 ,也可能影响计 算的收敛性。在钢结构中梁、柱截面形状多为工字型、T 型、H 型等 ,当用 ANSYS 软件进行钢结构分析 时 , ANSYS 提供了梁横截面库 ,在此截面库中包括了 11 种常用的截面形状。但是选用 ANSYS 截面库 提供的截面 ,无法对该截面的翼缘、腹板进行区格的划分。为此本文采用一种自定义截面形状和尺寸的 方法 ,解决了上述问题 ,实现了截面区格的划分。具体原则及示例见下述。 1 　自我定义梁、柱截面 1. 1 　单元类型的选择 在 ANSYS 中有许多单元 ,如梁单元、壳单元等 ,用户应根据计算类型、计算方法、材料等 ,选择单元 类型。 1. 2 　数据输入并计算 (1)输入材料属性 :如材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等。 (2)算出并依次输入截面各点坐标值 ,将输入的点依次用线连结起来并建立面。 1. 3 　对各个面进行布尔操作 将各个面进行粘接以及分割操作 ,防止在截面连接处网格划分困难。 1. 4 　截面区格的划分 其中包括定义网格尺寸和网格划分。根据计算精度和计算工作量确定网格尺寸。网格越密 ,计算 精度越高 ,但是计算工作量越大。 1. 5 　模块的保存 将自定义并且划分区格的截面存入事先建立的截面库中 ,以备日后使用。 1. 6 　残余应力问题 先定义初应力文件 ,然后在结构分析中的第一个载荷部中施加残余应力。 通过上述过程就能实现截面区格的划分 ,使具体结构分析得以顺利进行。 2 　建模实例 以工字形梁截面为例 ,该梁材料为 Q235 钢 ,截面尺寸 (见 图 1) 为 :翼缘宽 b = 50 mm、厚 t1 = 5 mm ;腹板高 h0 = 90 mm、梁截面高 h = 100 mm、厚为 tw = 4. 5 mm ;材料的弹性模量 E = 206000 N/ mm2 , 泊松比 (即泊松系数)为μ= 0. 3 。具体步骤如下 : 图 1 　工字梁截面简图 2. 1 　在 ANSYS 下创建文档 (1)在根目录下设置截面库文件夹 (若在 ANSYS6. 1 [1 ]中文件名必须为英 文 ,在 ANSYS5. 7 中可以为中文) ,如 E : \ section。 (2)启动 ANSYS ,建立工作文件夹和文件名后 ( 如工作目录为 E : \ sec2 tion ,工作文件名为 a1 ) ,进入 ANSYA6. 1 的用户图形界面。 (3) 选择主菜单 ANSYS Main Menu 中的 Preferences 命令 , 弹出 Preferences for GU I Filtering 对话框 ,选择 Structural 后单击 O K按钮关闭对话框。 2. 2 　定义单元 选择主菜单中的 Preprocessor | Element Type | Add/ Edit/ Delete 命令 , 弹出 单元列表对话框 ,单击对话框中的 Add 按钮 ,添加单元。弹出选择单元对话框 , 在此对话框中选择 Beam 组中的 3D 3 node 189 选项 ,即选择了 BEAM189 单元。单击 O K按钮 ,再单击 Close 按钮关闭对话框。 2. 3 　设定材料属性 (1) 选择主菜单中的 Preprocessor | Material Props| Material Models 命令 ,弹出设置材料属性的对 话框。 (2) 单击对话框中右边的项目 :Structural | Linear | Elastic | Isotropic ,弹出设置弹性模量和泊松系 数的对话框。 (3) 在对话框中输入材料的弹性模量 EX为“206000”,泊松系数 PRXY为“0. 3”,单击 O K按钮 ,再 单击 Close 按钮关闭对话框。 2. 4 　关键点、线、面的创建 (1)选择主菜单中的 Preprocessor | Modeling| Create| Keypoints| In Active CS命令 ,弹出设置关键 点的对话框。 (2)在对话框中依次输入下列 16 个关键点的编号和坐标 ,完成每一个关键点 , 单击 Apply 按钮 , 16 个关键点都完成后 , 单击 O K按钮关闭对话框。各关键点的编号和坐标如下 : 1 (0 ,0 ,0) ; 　　　　2 (50 ,0 ,0) ; 　　　3 (50 ,5 ,0) ; 　　　4 (0 ,5 ,0) ; 　　　5 (22. 75 ,5 ,0) ; 6 (27. 25 ,5 ,0) ; 7 (22. 75 ,95 ,0) ; 8 (27. 25 ,95 ,0) ; 9 (0 ,95 ,0) ; 10 (50 ,95 ,0) ; 11 (50 ,100 ,0) ; 12 (0 ,100 ,0) ; 13 (22. 75 ,100 ,0) ; 14 (27. 25 ,100 ,0) ; 15 (22. 75 ,0 ,0) ; 16 (27. 25 ,0 ,0) 。 (3)创建直线 :选择主菜单中的 Preprocessor | Modeling| Create | Lines| Lines| Straight Line 命令 , 弹出拾取对话框。在图形显示区依次选择 1、2 ;2、3 ;3、4 ;5、6 ;6、8 ;8、7 ;7、5 ;9、10 ;10、11 ;11、12 ;12、9 关 键点 ,创建直线完成后 ,单击 O K按钮关闭对话框。 (4)创建面 :选择主菜单中的 Preprocessor | Modeling| Create | Areas| Arbit rary| By Lines 命令 ,弹 出拾取对话框。在图形显示区依次选择直线 ,创建面完成后 ,单击 O K按钮关闭对话框。 2. 5 　布尔操作 (1) 利用粘接运算将各截面连接为整体 :选择主菜单中的 Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans| Glue| Areas 命令 ,弹出拾取对话框 ,单击 Pick All 按钮 ,再单击 O K按钮关闭对话框。 (2) 创建分隔直线 :同 2. 7 ,连接关键点 7、13 ;8、14 ;5、15 ;6、16。 (3) 选择主菜单中的 Preprocessor | Modeling| Operate | Booleans| Divide| Area by Line 命令 ,弹出 ·96· 第 2 期 　　　　　　　　　　　　　王玉琴 　　如何在 ANSYS中实现自定义梁截面 　　　　　　　　　　　　 拾取对话框 ,分别拾取面及线 ,单击 O K按钮关闭对话框。 2. 6 　网格尺寸的定义及单元的划分 (1) 网格尺寸的定义 :选择主菜单中的 Preprocessor | Meshing| Size Cntris | ManualSize| Lines| Picked Lines 命令 ,弹出拾取对话框 ,选中线后弹出设定单元尺寸对话框。在对话框中的 NDIV 栏中输 入单元数目 ,如每半个翼缘划分 4 个单元 ,腹板高度划分 8 个单元。单击 O K按钮关闭对话框。 (2)划分单元 :选择主菜单中的 Preprocessor | Meshing| Mesh Tool 命令 ,弹出拾取对话框 ,单击 Lines 处的 Set 按钮 ,单击 Pick All 按钮。注意此时不可单击 Mesh 按钮。 图 2 　截面特性图 2. 7 　截面模块的保存 将此截面保存到截面库 :选择主菜单中的 Preproces2 sor | Sections| Beam | Custom Sectns| Write From Areas 命令 ,弹出拾取对话框 ,在对话框中单击 Pick All 按钮 ,弹 出 Write Section Library File 对话框。在此对话框中的 FIL E栏中输入文件名 ,如“beam. sect”,单击 O K 按钮关 闭对话框。 2. 8 　模块的调用 如果要读取此截面 ,选择主菜单中的 Preprocessor | Sections| Beam | Custom Sectns| Read Sect Mesh 命令 ,弹 出 User Defined Mesh 对话框 , 在对话框中的 Section Name 栏中输入文件名“beam. sect”,单击 O K按钮关闭对 话框 ;如果要查看此截面的截面特性 ,选择主菜单中的 Preprocessor | Sections| Beam | Plot Section 命令 ,弹出 Plot Beam Section 对话框 ,在对话框中输入文件名“beam. sect”并将 Show Section Mesh 改为 Yes(默认为 No) ,单击 O K按钮关闭对话框 ,可以看到截面特性图 (图 2) 。 注 : 3 美国 ANSYS公司北京办事处 . ANSYA 高级技术分析指南. 北京 ,2000 [ 　参 　考 　文 　献 　] [1 ] 　易日 ,使用 ANSYS 6. 1 进行结构力学分析[ M ] . 北京 :北京大学出版社 ,2002. How to attain defined beam cross2sections of user in ansys WAN G Yu2qin 　 ( Shaanxi University of Technology , Hanzhong 723003 , 　China ) Abstract :　In this paper , by defining a cross2section’s form and size of beam and column . we can avoid the shortage of using sections in the beam cross2section library in ANSYS , which is not meshed cells. The results can offer convenience for calculation of the practical projects and theoretical research. The ap2 plied method is introduced and can be used for reference in this paper. Key words :　ANSYS ; 　cross2section ; 　mesh cells ·07· 　　　　　　　　　　　　　　　　　陕 　西 　工 　学 　院 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　第 19 卷