槽钢加筋板的板壳有限元分析16张课件.pptx

1、1 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential09-槽钢加筋板的板壳有限元分析算例来源：ANSYS Workbench有限元分析实例详解（周炬、苏金英著）算例制作：孟志华算例校核：关 键 词：槽钢、板壳单元、静力分析、2 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential摘要本例题对一个加筋的槽钢板进行有限元分析，槽钢板被简化为板壳组成的结构。在有限元分析中，对于厚度方向上远小于其长度和宽度的薄板类结构，非常推荐使用板壳单元来建模并求解分析。相对于实体单元模拟薄板，板壳单元将极大地减少计算资源，并且

2、一般其计算精度更好于实体单元。本例题可以学习掌握ANSYS 中对面（板壳）模型的网格划分、荷载施加，以及对板壳结构的后处理。3 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential案例描述本算例对一个加筋的槽钢板进行有限元静力分析，槽钢板被简化为板壳组成的结构。加筋的槽钢板结构形状如下图，结构长度400mm，宽度22.5mm，且槽钢主板厚度5mm，筋板厚度3mm。使用ANSYS材料库自带的钢材料。结构顶部翼板收到均布荷载的作用，槽钢两端固定，分析其变形量和应力。4 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confident

3、ial3.1.打开打开 ANSYS Workbench，启动几何建模模块，启动几何建模模块（1）首先启动ANSYS Workbench环境。（2）然后通过【File】菜单或快捷按钮，导入已有的“shell.wbpj”文件。文件已经提供了中面抽取完成后的板壳几何模型，并且已经做了“共享拓扑”处理。（3）确认静力分析项目流程已经创建：在Workbench的环境下，【Project Schematic】区域已经创建了一个静力分析的项目流程而且，静力分析的几何模型，源自于上一个【Geometry】项目的几何模型，两个项目之间用连线表示模型或数据的传递关系。5 2018 ANSYS,Inc.Januar

4、y 1,2023ANSYS Confidential3.1.打开 ANSYS Workbench，启动几何建模模块（续）（4）在该静力分析的项目流程中，双击【Model】（也可使用鼠标右键弹出菜单），即可启动并打开Mechanical模块，打开该模块的同时，槽钢板模型会自动载入。在Mechanical模块内，将进行网格划分、荷载施加、求解计算、后处理等工作。6 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential3.2.进入Mechanical，进行几何和截面检查及材料设置（1）检查几何模型：在Mechanical模块中，左侧目录树【Outline】下

5、依次找到【Project】-【Model】-【Geometry】，该目录下为所有导入的几何模型。提示：因为在Spaceclaim建模时使用了“共享拓扑”的设置，所以所有的“面”被归总到“Geom”的目录下，通常这代表在网格划分时这些面的边界将形成共节点。7 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential3.2.进入Mechanical，进行几何和截面检查及材料设置（续）（2）检查槽钢板的厚度是否正确：鼠标点击目录树中列出的每一个面，在各个面模型对应的“细节设置面板”中，检查【Thickness】厚度是否正确，槽钢的翼板和腹板厚度应为5mm，筋板的

6、厚度应为3mm。（3）检查槽钢各板的材料是否正确：同样，在每个面的细节设置面板中，【Material】-【Assignment】，检查是否设为系统缺省提供的材料structural steel。此处，可以为每块板赋予材料。提示：由于在Spaceclaim建模模块中，使用了“抽取中面”的方法，可以自动将原实体模型的厚度赋予中面模型，因此，槽钢模型中所有的面都被自动赋予了3mm或5mm厚度。8 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential3.3.进行网格划分本例题采用系统默认的网格尺寸即可。（1）完成网格划分：直接在左侧目录树【Outline】-【

7、Mesh】上鼠标右键点击，弹出菜单中选择Generate Mesh，即可完成网格划分。提示：划分完成后，可以在目录树中找到【Mesh】点击，可在其细节设置面板查看网格质量和数量。例如，在【Quality】栏下，可以查看网格质量，在【Statistics】栏下可显示节点和单元数量，进而评估求解计算所需的资源和时长。9 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential3.4.施加荷载及约束施加荷载及约束提示：ANSYS提供了丰富的荷载和约束条件类型，可以模拟工程中各种工况和固定方式，读者应结合例题和帮助，尝试并深入理解每一个荷载和约束条件，结合工程实际

8、灵活运用。设置符合实际的荷载和约束，是做好有限元分析的关键一步，务必重视。（1）施加均布力荷载：在目录树【Outline】-【Static Structural】上鼠标右键点击，在弹出菜单中使用【Insert】-【Pressure】，即添加一个均布力荷载。然后在该Pressure荷载的细节设置面板中，设置加载位置、方向、数值。具体操作是，第一步，在细节设置面板中的【Geometry】，选中槽钢的顶面作为加载部位，并点击Apply确认。最后，在面板中的【Magnitude】输入1Mpa。均布力荷载，系统默认正值为压，负值为拉，ANSYS Workbench提供了强大和方便的模型可视性，读者可以通

9、过GUI窗口自行检查。10 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential3.4.施加荷载及约束（续）（2）施加槽钢两端固定约束：在目录树【Outline】-【Static Structural】上鼠标右键点击，在弹出菜单中使用【Insert】-【Fixed Support】，即添加一个固定约束。在该Fixed Support约束的细节设置面板中，设置约束的对象（槽钢两端的边线）。具体操作是，按住Ctrl键，一次性选中槽钢板两端的6条边线，点击Apply确认。提示：选择边线时，使用顶部快捷工具栏的选择工具，即在点、线、面、体的选择按钮中切换为“线

10、”，再进行选择操作。11 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential3.5.静力分析求解本例题虽然使用了板壳模型，但仍为常规的静力、线性问题，因此无需进行更多的求解控制。在左边目录树【Outlines】-【Static Structural】或者【Solution】位置，点鼠标右键，弹出菜单选Solve，进行求解。12 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential3.6.应力/位移结果后处理本例题求解约1分钟完成。（1）插入并查看Von Mises应力结果：计算完成后，在左侧目录树【outli

11、ne】-【Solution】位置，鼠标右键，弹出菜单，选择-【insert】-【stress】-【Equivalent stress/Von-mises】，即可插入Von-mises应力的结果。新插入的入Von-mises应力的结果上用鼠标右键弹出菜单，选择Evaluate Results，完成结果文件的数据导入和图形显示。在本例题中，Von-miese应力最大值为172Mpa，在槽钢板两端固定位置。13 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential（2）插入并查看位移结果：同理，在后处理的弹出菜单中，选择-【insert】-【Deformat

12、ion】-【Total】，即可插入一个结构总位移的结果。然后继续在左侧目录树【outline】-【Solution】上用鼠标右键弹出菜单，选择Evaluate Results，完成结果文件的数据导入和图形显示。该例题的结构总位移，即X、Y、Z三方向的位移矢量和，为0.45mm。14 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential（3）板壳单元后处理的显示选项开关：对于板壳和梁单元，由于其是“抽象”后的有限元模型，因此后处理与实体单元略有不同。例如，下图的选项开关示意图，通过顶部菜单【View】下的【Thick Shells and Beams】勾

13、选和取消，可以实现在应力云图中显示板壳厚度和梁截面的效果。读者可以自行尝试。15 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS Confidential分析小结本例题对一个加筋的槽钢板进行有限元分析。荷载为槽钢上部有1Mpa均布压力，约束为槽钢两端固定。因为槽钢板的厚度尺寸远小于长度及宽度尺寸，因此可以用板壳单元来模拟。并且，通过几何建模时即考虑了“共享拓扑”的处理，因此保证了槽钢各个板的交接部位在网格划分时能够共节点，读者应特别注意该问题。经过计算分析，槽钢板在荷载作用下，最大应力为172Mpa，满足钢材料的210MPa的许用应力要求。本例题是ANSYS中板壳结构有限元分析的入门题目，读者应务必掌握。16 2018 ANSYS,Inc.January 1,2023ANSYS ConfidentialTHANK YOU