- cut surface方法
下面结合一个自由端作用集中荷载的三维悬臂梁实例,讲解如何计算某截面的轴力、弯矩与剪力。
1)实例概况
一根完全弹性的悬臂梁,截面尺寸为0.10*0.1,长度为1,在自由端作用2个集中力,数值均为1000,需要计算离自由端距离为0.5单位的横截面上的轴力、弯矩与剪力,按照结构力学,该计算截面的轴力为0,剪力为2000,弯矩为1000.下面通过ADINA程序验证上述数值的正确性。
2)建模并求解
由于模型比较简单,不详细讲解了,需要说明的是,坐标原点位移自由端截面最下边。命令流如下,最终模型如下图:
*
DATABASE NEW SAVE=NO PROMPT=NO
FEPROGRAM ADINA
CONTROL FILEVERSION=V83
*
COORDINATES POINT SYSTEM=0
@CLEAR
1 0.00000000000000 0.00000000000000 0.00000000000000 0
2 0.00000000000000 0.100000000000000 0.00000000000000 0
3 0.00000000000000 0.100000000000000 0.100000000000000 0
4 0.00000000000000 0.00000000000000 0.100000000000000 0
@
*
SURFACE VERTEX NAME=1 P1=3 P2=4 P3=1 P4=2
*
VOLUME EXTRUDED NAME=1 SURFACE=1 DX=1.00000000000000,
DY=0.00000000000000 DZ=0.00000000000000 SYSTEM=0 PCOINCID=YES,
PTOLERAN=1.00000000000000E-05 NDIV=1 OPTION=VECTOR,
RATIO=1.00000000000000 PROGRESS=GEOMETRIC CBIAS=NO
*
FIXBOUNDARY SURFACES FIXITY=ALL
@CLEAR
6 'ALL'
@
*
LOAD FORCE NAME=1 MAGNITUD=1000.00000000000 FX=0.00000000000000,
FY=0.00000000000000 FZ=-1.00000000000000
*
APPLY-LOAD BODY=0
@CLEAR
1 'FORCE' 1 'POINT' 3 0 1 0.00000000000000 0 -1 0 0 0 'NO',
0.00000000000000 0.00000000000000 1 0
2 'FORCE' 1 'POINT' 4 0 1 0.00000000000000 0 -1 0 0 0 'NO',
0.00000000000000 0.00000000000000 1 0
@
*
MATERIAL ELASTIC NAME=1 E=2.00000000000000E+11 NU=0.300000000000000,
DENSITY=7800.00000000000 ALPHA=0.00000000000000 MDESCRIP='NONE'
*
EGROUP THREEDSOLID NAME=1 DISPLACE=DEFAULT STRAINS=DEFAULT MATERIAL=1,
RSINT=DEFAULT TINT=DEFAULT RESULTS=STRESSES DEGEN=NO FORMULAT=0,
STRESSRE=GLOBAL INITIALS=NONE FRACTUR=NO CMASS=DEFAULT,
STRAIN-F=0 UL-FORMU=DEFAULT LVUS1=0 LVUS2=0 SED=NO RUPTURE=ADINA,
INCOMPAT=DEFAULT TIME-OFF=0.00000000000000 POROUS=NO,
WTMC=1.00000000000000 OPTION=NONE DESCRIPT='NONE' PRINT=DEFAULT,
SAVE=DEFAULT TBIRTH=0.00000000000000 TDEATH=0.00000000000000
*
SUBDIVIDE VOLUME NAME=1 MODE=LENGTH SIZE=0.0500000000000000
*
GVOLUME NODES=27 PATTERN=0 NCOINCID=BOUNDARIES NCFACE=123456 NCEDGE=,
'123456789ABC' NCVERTEX=12345678 NCTOLERA=1.00000000000000E-05,
SUBSTRUC=0 GROUP=1 MESHING=MAPPED PREFSHAP=AUTOMATIC,
DEGENERA=YES COLLAPSE=NO MIDNODES=CURVED METHOD=DELAUNAY,
BOUNDARY=ADVFRONT
@CLEAR
1
@
3)进入后处理程序,计算截面轴力、弯矩与剪力 (1)首先定义一个切面CUTPLANE,这个切面就是所求内力的截面。 点击右上角的工具栏图标 "CUT SURFACE",选择TYPE为CUTING PLANE,将X-PLANE 的coordinate value 设为0.5,点击save,效果如下图:
(2)定义一个模型点积分,此步骤的作用是定义截面积分,表示后续的轴力、弯矩与剪力将由该截面应力积分求得。 操作路径:definitions-->model point (special)-->mesh integration 点击add,名称取为INTEGER-M(或其他也可以),三维的 integrate over 选surface,二维的integrate over 选lines,重点是一定Zone Name一定要选择对,保证该切面能顺利切到该Zone。其他参数不需要修改,
(3)定义积分的表达式,根据自己需要求的内力种类和方向来写积分表达式。操作路径:definitions-->variable-->RESULTANT 点击add,名称取为STRESS-M(或其他也可以),用来表示弯矩,express为 <STRESS-XX>*(<Z-POSITION>-0.05) ;再点击add,名称取为STRESS-N,用来表示轴力,express为<STRESS-XX>;再点击add,名称取为STRESS-Q,用来表示剪力,express为<STRESS-XZ>.第一个表达式中的<Z-POSITION>-0.05,中性轴的Z向坐标为0.05。 STRESS-M设置对话框如下图:
(4)查看 操作路径:LIST-VALUE LIST-MODEL POINT ,选择MODEL POINT NAME为INTEGER-M。
查看弯矩时,在variales to list 中选择自定义,内力种类选择STRESS-M,点击apply即可。
查看轴力时,在variales to list 中选择自定义,内力种类选择STRESS-N,点击apply即可。
查看剪力时,在variales to list 中选择自定义,内力种类选择STRESS-Q,点击apply即可。
(5)与结构力学结果对比
弯矩基本吻合,剪力接近,轴力虽然不为0,但相对于剪力其实很小。