门式框架梁铰接处理与静力分析

基本描述:门式框架梁结构几何参数如下图所示,在横梁上受到集中力作用。分别考虑使用刚性连接和铰接分析结构整体的应力分布和最大变形量。

材料参数:弹性模量为2e5MPa,泊松比为0.3,密度7850kg/m^3。
1 搭建分析流程
从ANSYS项目概图左侧Toolbox的Component System拖出Geometry,后从Analysis System里按住Static Structural拖到项目概图Geometry上。
2 建立模型
双击模块A的第2栏,进入Spaceclaim进行建模,建模详细步骤可以参考之前的做的例子《梁结构几何建模》。
3 指定材料
双击模块B第四栏Model进入,依次展开左侧树形窗口上方(Outline)里面Model-Geometry,可以从左侧下方详细栏看到对应零部件的详细属性。从Materials下Assignment赋予材料。如果有多个几何的材料是一致的,可以同时选择这几个几何,然后一起赋予材料。
4 划分网格
竖直梁长度为50mm,小于横梁长度,这里从小几何开始考虑。竖直梁划分25等份,整体支尺寸设置为2mm即可。
5 设置边界
  • 刚性连接

ANSYS默认梁连接是刚性的,相当于焊接在一起。左右竖直梁底部两个角点采用固定支撑【Fixed Support】,中间横梁受到竖直向下10000N的集中力作用。

  • 铰接

梁之间角点是铰接,也就是可以转动的。使用端点释放【End release】释放旋转自由度。

单击Mechanical里面Model(B4),鼠标右键插入(Insert),选择Connection。

点击【Connection】,右键插入“End Release”。释放旋转自由度,即序号6处的【Fixed】修改为【Free】。

6 分析结果
进行刚性连接,抑制端点释放条件【EndRelease】,选择该项鼠标右键【Suppress】。需要释放即可,同样是鼠标右键。
  • 查看刚性连接结果
因为结构整体是对称的,边界条件也是对称的,所以对应的分析结果也应该包括对称的情况才合理(推测)。
变形图可见,变形整体对称,两个角点对称的梁,在角点附近是垂直的。
从下侧曲线图也表明其是对称的。
  • 查看铰接结果

观察变形图,右侧的角点不再是“直角”,十分明显。毫无悬念,变形变形更大了。从轴力图可见左侧与右侧的轴力不再是均匀分布,刚性连接的一侧承受更多的力。横梁所受的力也在减小。下侧曲线图十分清晰表明,不再对称。

如果观察等效应力,可见铰接相比刚性连接,最大应力位置向右侧靠近。

7 简单总结
上面一个几何结构两个方面的对比,可见梁之间的连接方式对于结构意义十分重要,两种情况得到的分析结构千差万别。本例子主要学习如何为梁之间添加铰接,以及梁后处理的一些量,如剪力弯矩图等查看。

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