【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算

引言:iSolver为一个完全自主的通用结构有限元软件,对标国际主流结构CAE商业软件Abaqus、Ansys、Nastran,支持结构分析的常用功能,线性及材料非线性的精度和Abaqus没有误差,效率和Abaqus相当, iSolver自带友好的三维可视化前后处理界面,也可作为一个轻量化插件集成到Abaqus/FEMAP或者自主软件中。本帖以两个典型结构力学算例为考题,将iSolver求解器和Abaqus、ansys计算结果进行对比,验证iSolver的B33单元求解的可靠性。

1 算例:排架

1.1 问题描述

有如下所示的排架,立柱高度为6.00m,横梁的长度为12.00m,左侧立柱受水平向的均布荷载,荷载集度为20kN/m。其中,立柱与横梁之间铰接,立柱与基础固结。求该结构在荷载作用下的弯矩。

2.png

本考题为结构力学课本中的习题,原题中未给出各个杆件截面、材料的具体参数,只有相对量。为了方便通用求解器求解,现在假设杆件截面均为0.6m×0.6m矩形截面,材料弹性模量为1.00E10Pa,泊松比为0.3。

于是,截面面积A=0.6*0.6=0.36m2,截面惯性矩I=0.6*0.63/12=0.0108m4.

两根立柱承受弯矩和剪力,横杆与立柱铰接,且横杆只承受轴力。因此,两根立柱使用梁单元,横杆使用杆单元,此时立柱和横杆之间的铰接可以自然满足。

有限元模型如下:

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图2

1ansys建模

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图3

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图4

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图5

2Abaqus 建模

由于结构十分简单,可以直接在abaqus中建模,也可以从ansys中导入后稍加修改。

但要注意:

a、在property模块中立柱采用梁截面,其截面1轴方向设置为(0,0,-1);截面方向的设置可能对结果正负号有影响;

b、在step模块的场输出中,勾选SF项(为了输出杆系单元截面内力);

c、在mesh模块中,将两根立柱单元改成B33(欧拉梁单元);且横杆件采用桁架单元。

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图6【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图7

Step模块中的注意勾选的项目


1.2弯矩计算结果

1.2.1 ansys 计算结果

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图8

1.2.2 abaqus计算结果

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图9

1.2.3 iSolver计算结果

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图10

最大最小弯矩数值对比


M_max(×105N*m)

M_min(×104N*m)

结构力学计算

2.253

1.259

ANSYS

2.253

1.259

Abaqus

2.253

1.264

iSolver

2.253

1.260

注:1abaqus中,图例显示的最大最小弯矩的数值有效位数较少,可以在后处理模块Report菜单中以指定数值精度将结果输出到文本文件中。

2本例如果采用ansys导入模型,那么最大最小弯矩正好在节点12处。

3不同软件的规定不一样,导致结果的正负号不完全一致,以及弯矩图的方向也不完全一致。

2 算例二:无铰拱

2.1 问题描述

有如下所示的圆形无铰拱,拱圈半径为2500.0mm。拱为截面为圆形,直径为200.0mm。拱材料弹性模量为3.00e4MPa,密度为2.45e-9t/mm3。求该结构在自重作用下的弯矩(重力加速度取g=9800mm/s2)。

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图11


本算例的梁为曲梁,采用以直代曲模拟,等长度划分欧拉梁单元,共计100个单元。

有限元模型如下:

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图12

结构较简单,以下粘出ansys命令流供参考

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图13

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图14

2.2 弯矩计算结果

2.2.1 Ansys计算结果

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图15

2.2.2 Abaqus计算结果

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图16

2.2.3 iSolver计算结果

【iSolver案例分享26】欧拉梁单元弯矩计算的图17

最大最小弯矩数值对比


M_max(×105N*m)

M_min(×105N*m)

ANSYS

5.086

2.229

Abaqus

5.092

2.228

iSolver

5.086

2.227

3 结论

在以上两道典型结构力学算例上iSolver求解器abaqusansys结果基本一致可见iSolver软件在上述问题求解中有足够的精度。

4 iSolver软件免费下载地址

iSolver为免费软件,且无license限制,最新版免费下载地址如下:

https://www.jishulink.com/content/post/337351

以往iSolver案例

1 篇: 桥梁的模态分析案例

https://www.jishulink.com/content/post/1308235

2篇:标准紧凑拉伸(CT)试样的弹塑性分析

https://www.jishulink.com/content/post/1311068

3篇:理想弹塑性简支梁三点弯

https://www.jishulink.com/content/post/1312567

4 篇: 钢混 组合梁支梁三点 弯曲

https://www.jishulink.com/content/post/1314142

5 篇: 龙门架模态分析案例

https://www.jishulink.com/content/post/1787486

6 篇: 桁架 的跃越失稳

https://www.jishulink.com/content/post/1788519

7 篇: 内压 罐分析 案例

https://www.jishulink.com/content/post/1789593

8 篇: 三角桁架结构分析

https://www.jishulink.com/content/post/1793131

9 篇: 上承式公路拱桥

https://www.jishulink.com/content/post/1791578

10 篇: 单自由度振动隐式动力学

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1 1 篇: 电连接器端子变形分析

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1 2 篇: 无铰拱的几何非线性分析

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1 3 篇: 支架变形分析

https://www.jishulink.com/content/post/1808197

14 篇: 有缺口工字梁四点弯曲

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15 篇: 空间站太阳 桅杆模态分析案例

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1 6 篇: 三维刚性壁面圆管声模态计算

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17 篇: 波纹钢腹板简支梁受弯分析

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18 篇: 一端开放圆管空气 声腔声 模态分析

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1 9 篇: 开口钢管桩的单轴压缩试验

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20 篇: 地基中波的传播特性

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21篇:自主化圆柱建模及静力分

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22 篇: 铝制易拉罐的单向压缩试验

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23篇:镂空钢板的承压测

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24篇:球面网壳模态分析

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25篇:假肢脚踝受冲击荷载

https://jishulink.com/content/post/1852457

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优秀!我对Abaqus的梁截面一直有个疑问,就是Abaqus的梁截面形式比Nastran等少很多,而且矩形或者L型都不带偏置,虽然可以用arbitrary代替,但为何Abaqus不多加点梁截面和放开偏置形式,这应该很容易实现。是因为Abaqus的梁其它截面或者加了偏置和实际试验结果差异太大吗?就譬如用arbitray来偏置矩形梁或者L梁,结果的正确性有人考核过吗?
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