Рассмотрим расчёты балочных/стержневых конструкций в приложении ANSYS Mechanical, запускаемом через оболочку Workbench.
Подготовка проекта
Проект будет включать расчёт балки с двумя видами граничных условий и расчёт фермы. Обе задачи будут основаны на одном и том же материале.
Добавим все необходимые блоки
Переименуем блоки
Материалы
В качестве материала модели будем использовать стандартный материал Structural Steel
Расчёт балки
Геометрия
- Геометрию можно создать в приложении Design Modeler, приложении SpaceClaim, или импортировать из другой CAD-системы.
Создадим макет (Sketch) линейного тела с помощью приложения Design Modeler
На основе макета создадим линейное тело
Добавим сечение балки и назначим его линейному телу
Конечно-элементная сетка
Закроем Design Modeler и откроем приложение Mechanical
Создадим конечно-элементную сетку с указанием количества разбиений:
В данном случае сечение двутавра оказалось в горизонтальном положении, повернём линию и, соответственно, сечение на 90 градусов
Расчёт консольной балки
Граничные условия
Добавим ограничение всех степеней свободы Fixed support для левой точки балки
Нагрузка
Добавим распределённую нагрузку Line pressure
Расчёт
Запустим расчёт
Добавим результаты в виде перемещений
Добавим результаты в виде поперечной силы и изгибающего момента
Обновим все результаты
Расчёт шарнирно-опёртой балки
В следующем блоке добавим граничные условия и нагрузку для расчёта шарнирно-опёртой балки. При этом геометрия и сетка останутся прежними.
Граничные условия
Добавим ограничение степеней свободы на левый шарнир с помощью инструмента Remote displacement
из шести степеней свободы мы оставили только поворот вокруг оси Z (в плоскости XY)
Для правого шарнира создадим аналогичное ограничение, но с возможностью перемещаться вдоль балки , т.е. по оси X
Нагрузка
Нагрузку, а также инструменты постпроцессинга скопируем из предыдущей задачи
Расчёт
Запустим расчёт
Расчёт фермы
Геометрия
Создадим макет (Sketch) фермы с помощью приложения Design Modeler. Создадим равносторонний треугольник
На основе треугольника дорисуем оставшуюся часть фермы
Создадим линейное тело фермы
Добавим сечение балки и назначим его линейному телу
Конечно-элементная сетка
Закроем Design Modeler и откроем приложение Mechanical
Укажем, что тело имеет тип Link/Truss, в таком случае оно будет разбито на стержневые элементы, которые имеют три степени свободы - перемещения по трём осям, а тело будет работать только на растяжение/сжатие, но не на изгиб
Создадим конечно-элементную сетку с указанием количества разбиений:
в данном случае важно указать, чтобы каждый элемент фермы был разбит на один конечный элемент сетки
Граничные условия
Добавим ограничение степеней свободы на левый шарнир с помощью инструмента Displacement
В данном случае можно не использовать инструмент Remote displacement, т.к. вращательных степеней свободы в узлах элементов нет
На основе ограничений левого шарнира создадим ограчения правого шарнира с учётом возможности перемещения по оси X
Нагрузка
Добавим сосредоточенные силы к шарнирам верхнего пояса
Расчёт
Включим опцию сохранения результатов для сечения для получения данных о напряжениях после расчёта
Добавим элементы постпроцессинга
Запустим расчёт
Задачи для самостоятельного решения
- Проведите расчёт консольной балки с изгибающим моментом на свободном конце (инструмент нагрузки moment). Сечение Двутавр №12 ГОСТ 8239-89
- Проведите расчёт произвольной треугольной фермы