1. Лабораторная работа №8
Расчет балки на статическую прочность в
системе ANSYS
Цель работы:
1. Научиться использовать в расчете балочные
элементы типа BEAM (на примере BEAM188);
2. Научиться задавать геометрические характеристики
поперечного сечения балки;
3. Научиться задавать основные граничные условия
(закрепление и приложение сосредоточенных
нагрузок);
4. Научиться прикладывать распределенную нагрузку к
балке;
5. Научиться запускать задачу на решение;
6. Научиться основным приемам обработки результатов
в постпроцессоре ANSYS.

2. Лабораторная работа №8
Двумерные и трехмерные балки
►
►
►
►
►
►
►
►
Балки являются элементами с одной осью, поддерживающими
следующие свойства:
-растяжение-сжатие,
-изгиб,
-кручение.
Балочные элементы ВЕАМ188 и ВЕАМ189 поддерживают
возможность учета стесненного кручения.
Элемент BEAM189 имеет три узла на оси и может использоваться
для расчета балок с искривленной осью.
При расчете трехмерных (3D) задач балочные элементы могут
применяться для моделирования естественно закрученных балок.
Нагрузки, прикладываемые к балочным элементам, делятся на
шесть групп: ограничения, усилия (сосредоточенные нагрузки),
поверхностные нагрузки, объемные нагрузки, инерционные
нагрузки и нагрузки связных расчетов (многодисциплинарные
задачи).

3. Лабораторная работа №8
Приложение сосредоточенных нагрузок
►
В таблице ниже показаны усилия, применяемые в
каждом виде исследования и обозначения этих усилий.
Направления усилий, подразумеваемые обозначениями
(например, FX, MZ, CSGY и так далее) соответствуют
узловой системе координат. Команды приложения,
просмотра и удаления усилий перечислены в таблице
ниже. Следует обратить внимание, что усилия могут
прикладываться как в узлах, так и в точках.
Вид
исследования
Прочность
Усилие
Обозначение усилий
Сила
FX, FY, FZ
Момент
MX, MY, MZ
Вызов из экранного меню:
Main Menu → Preprocessor → Loads → Apply → load type →
On Nodes

4. Лабораторная работа №8
Повторное указание сосредоточенных
нагрузок
► По умолчанию, если для одного и того
же узла указывается новое значение
сосредоточенной нагрузки, новое
значение заменяет предыдущее. Эту
установку по умолчанию можно
изменить, чтобы добиться добавления
(то есть накопления) или игнорирования
новых значений сосредоточенных
нагрузок указанной ниже командой.

5. Лабораторная работа №8
Команда FCUM
►
►
►
►
►
►
►
►
►
►
►
►
Вызов из экранного меню:
Main Menu → Preprocessor → Loads–Settings → Forces
Main Menu → Solution → Loads–Settings → Replace vs. Add → Forces
Например,
F,447,FY,3000 ! Прикладывается FY = 3000 в узле 447
F,447,FY,2500 ! Изменение значения FY на 2500 (замещение)
FCUM,ADD
! Далее усилия добавляются
F,447,FY,–1000 ! FY = 2500–1000 = 1500 в узле 447
FCUM,IGNORE
! Далее усилия игнорируются
F,25,FZ,350
! Это усилие игнорируется!
Описание команд FCUM и F см. в соответствующих главах
документации.
Любые сосредоточенные нагрузки, изменяемые между вызовами
команды FCUM, обрабатываются одинаково. Восстановление
настроек по умолчанию производится вызовом команды FCUM без
опций.

6. Лабораторная работа №8
Масштабирование
сосредоточенных нагрузок
►
►
►
►
►
Масштабирование граничных условий (степеней
свобод) выполняется командой FSCALE.
Вызов из экранного меню:
Main Menu → Preprocessor → Loads → Operate → Scale
FE Loads → Forces
Main Menu → Solution → Operate → Scale FE Loads →
Forces
Обе команды FSCALE и FCUM действуют на
направления усилий, находящихся в активном
наборе. По умолчанию, выбираются все направления
сосредоточенных нагрузок, применяемые для
существующих в расчетной модели элементов.
Выбор подмножества нагрузок производится
командой DOFSEL.

7. Лабораторная работа №8
Приложение распределенных усилий
►
►
►
►
►
Для приложения давления на боковых гранях и на концах балочных КЭ,
используется команда SFBEAM.
Вызов из экранного меню:
Main Menu → Preprocessor → Loads → Apply → Structural → Pressure → On
Beams
Существует возможность приложения распределенной нагрузки,
имеющей размерность силы, отнесенной к длине, по нормали и по
касательной. Давления могут линейно изменяться, а также
прикладываться к части элемента, как показано на рисунке ниже. Можно
также сводить давление в точку (фактически, создавая сосредоточенную
силу) в любом месте элемента путем присвоения опции JOFFST значения
– 1. Давления в конечных точках имеют размерность силы.
Команда SFFUN (или, из экранного меню, Main Menu → Preprocessor →
Loads → Settings → For Surface Ld → Node Function, или Main Menu →
Solution → Settings → For Surface Ld → Node Function) создает
функциональную связь между значением поверхностных нагрузок,
прикладываемых к узлам и элементам, и номером узла. Это приносит
пользу при приложении распределенных по поверхности нагрузок,
определенных иными средствами (например, другими программами) к
узлам. Предварительно требуется определить функциональную
зависимость в виде массива параметров (array parameter), содержащего
значения нагрузок. Номер нагрузки в массиве должен соответствовать
номеру узла.

8. Лабораторная работа №8
Порядок выполнения работы
► Порядок выполнения работы подробно
расписан в соответствующем разделе файла,
содержащем лабораторную работу.
► Необходимо четко следовать приведенным
инструкциям для успешного выполнения
работы.
► В первых работах приведены подробные
описания выполняемых действий. В
последствие авторы воздержатся от подробных
описаний аналогичных действий, принимая во
внимание, что студенты с ними уже знакомы.

9. Лабораторная работа №8
Начало работы
► Перед началом работы необходимо создать
общую директорию на жестком диске Вашего
компьютера, например «ANSYS_WORKS». В
ней будут содержаться все лабораторные
работы, выполненные в течении семестра.
► Перед выполнением каждой лабораторной
работы необходимо в директории
«ANSYS_WORKS» создавать рабочую папку, в
которой будет содержаться непосредственно
выполняемая работа. В названии этой папки
должен отражаться номер выполняемой
работы, например «Lab_rab_8».

10. Лабораторная работа №8
Содержание отчета
► Отчет о проведенной лабораторной
работе должен содержать:
► краткие теоретические сведения
► краткое описание основных шагов
решения поставленной задачи
► анализ полученных результатов

11. Лабораторная работа №8
Контрольные вопросы
►
►
►
►
►
Назовите основные характеристики
балочного конечного элемента BEAM188.
Какие основные геометрические
характеристики сечения балки можно задать,
используя балочный элемент BEAM188?
Какие основные граничные условия вы
знаете?
В каком модуле системы ANSYS происходит
обработка результатов решения задачи?
В каком виде может быть представлена
информация в постпроцессоре ANSYS?
Приведите примеры.