体育场拱顶桁架结构.pptx

S4-1NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn本章主题:uMSC.Nastran 单元库u创建节点和1D单元uMSC.Nastran的 CROD单元u1D 单元结果后处理第四章第四章体育场拱顶桁架结构体育场拱顶桁架结构S4-2NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn问题描述u这是一个即将完成设计的棒球运动场记分牌的支持结构。在设计中使用了悬挂和拱顶桁架结构。在这个桁架上将悬挂一个电子记分牌。现在需要分析这个拱顶桁架是否能够支持记分牌的重量。n分析目的u确定桁架杆件在载荷作用下的应力水平。最大应力必须小于桁架材料的屈服点。u确定结构的最大垂直位移。最大垂直位移不能超过0.25 inch。实例实例体育场拱顶桁架结构体育场拱顶桁架结构S4-3NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationnThe MSC.Nastran 单元库包括超过50种单元类型u0维单元u1维单元u2维单元u3维单元u数值单元u轴对称单元u刚体单元u传热单元u流体单元uP-类单元u接触单元u“GENEL”用户单元MSC.NASTRAN 单元单元S4-4NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporation常用常用 MSC.NASTRAN 单元单元ScalarElements1-DElements2-DElements3-DElementsRigidElementsCONM20-DElementsCBUSHCELASi(i=1,2,3,4)CRODCONRODCTUBECBARCBEAMCBENDCQUAD4CQUAD8CTRIA3CTRIA6CQUADRCTRIARCSHEARCHEXACPENTACTETRARBARRBE2RBE3RSSCON 轴对称ElementsCTRIAX6CTRIAXCQUADXS4-5NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporation在在 MSC.PATRAN中创建单元中创建单元n在 Patran中创建单元有两种方法:1.划分几何网格生成单元2.连接节点创建单元Method 1Method 2S4-6NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn对于本例,将使用第二种方法直接创建节点,然后连接节点生成单元u有5个相同的平面(侧面)支持顶部。只需创建一个平面。u下表为各个节点的坐标位置。使用这些位置创建节点。创建桁架节点和单元创建桁架节点和单元S4-7NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationInput location for node 1创建节点创建节点S4-8NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationRepeat the process until all 13 nodes have been created创建节点创建节点(续续)S4-9NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationInput element connectivity for element 1创建单元创建单元S4-10NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationRepeat the process until all 24 elements have been created创建单元创建单元(续续)S4-11NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationnPatran 的BAR2 单元对应于Nastran单元的双节点单元族:n单元类型将在单元属性中定义。创建单元创建单元(续续)ScalarElements1-DElements2-DElements3-DElementsRigidElementsCONM20-DElementsCBUSHCELASi(i=1,2,3,4)CRODCONRODCTUBECBARCBEAMCBENDCQUAD4CQUAD8CTRIA3CTRIA6CQUADRCTRIARCSHEARCHEXACPENTACTETRARBARRBE2RBE3RSSCONAxisymmetricElementsCTRIAX6CTRIAXCQUADXS4-12NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn创建材料属性u选择钢管作为结构材料。u材料性质为:lE=30 x 106 psiln=0.3l受拉屈服强度=36 ksi创建材料属性创建材料属性S4-13NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationCreate a material named steel创建材料属性创建材料属性(续续)S4-14NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationInput material properties创建材料属性创建材料属性(续续)S4-15NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn下面是MSC.Nastran 最常用的一维单元:uCROD,CONROD,CTUBE:铰接端杆(4 DOFs)uCBAR:柱状梁(12 DOFs)uCBEAM:具有弯曲的直梁(14 DOFs)uCBEND:曲梁或管(12 DOFs)选择选择 1-D 单元类型单元类型S4-16NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn对于此例,桁架杆件的主要受力路径为轴向的,假定弯曲力矩可以忽略。n选择MSC.Nastran CROD 单元进行桁架杆件建模。n桁架杆件具有以下物理属性:u管最大直径6.0 inchu管壁厚度 0.25 inchuA=p/4*(6.02-5.52)=4.516 in2uJ=p/32*(6.04-5.54)=37.398 in4选择选择 1-D 单元类型单元类型(续续)S4-17NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationnCROD 单元的一般特点:u由两个节点连接u两个力分量:l轴向力 Pl扭转力距 Tu位移分量:lui 和 qiu直,等截面杆元素u单元刚度矩阵仅包含轴向和转动自由度CROD单元单元S4-18NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn单元连通性由Nastran CROD 卡定义域内容EID单元编号PIDPROD 属性卡编号G1,G2连接点的节点编号,其中G1=端点A的节点,G2=端点B的节点 12345678910CRODEIDPIDG1G2 CROD2311 7 CROD 单元单元(续续)S4-19NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn单元属性由 Nastran PROD卡定义域域内容内容PID属性编号属性编号MID材料编号材料编号A截面面积截面面积J扭转常数扭转常数C扭转应力决定系数扭转应力决定系数NSM每单位长度的非结构质量每单位长度的非结构质量(实数实数)12345678910PRODPIDMIDAJCNSM PROD114.51637.398 CROD 单元单元(续续)S4-20NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationu实圆截面u中空圆截面u实方形截面u实矩形截面n计算特殊横截面的扭转常数CROD 单元单元(续续)S4-21NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationCreate a 1D Rod property named circular_rod创建桁架的单元属性创建桁架的单元属性S4-22NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationInput element properties创建桁架的单元属性创建桁架的单元属性(续续)S4-23NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationSelect application region创建桁架的单元属性创建桁架的单元属性(续续)S4-24NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationClick add to send selection to collector box below and click Apply to create the element property创建桁架的单元属性创建桁架的单元属性(续续)S4-25NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporation$Material Record:steel$Description of Material:Date:06-May-02 Time:09:25:28MAT1 1 3.+7 .3$Elements and Element Properties for region:circular_rodPROD 1 1 4.516 37.398CROD 23 1 1 7n下面在此例中MSC.Nastran输入文件中提取任意部分,指示这些连接卡,属性卡,和材料卡是怎样联系起来的单元单元-属性属性-材料链材料链S4-26NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn创建载荷和边界条件创建载荷和边界条件u装配桁架在底部固支.u记分牌重2,500 pounds,由5个装配桁架支持。每个装配桁架支持500pounds的重量。创建载荷和边界条件创建载荷和边界条件S4-27NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationCreate a boundary condition named fixed创建边界条件创建边界条件S4-28NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationConstrain all six degrees of freedom创建边界条件创建边界条件(续续)S4-29NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationSelect the base of the truss创建边界条件创建边界条件(续续)S4-30NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationFinish creating the boundary condition创建边界条件创建边界条件(续续)S4-31NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationCreate a second boundary condition to constrain DOFs not connected to any element创建边界条件创建边界条件(续续)S4-32NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationConstrain the T3 and R3 degrees of freedom创建边界条件创建边界条件(续续)S4-33NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationSelect the rest of the truss创建边界条件创建边界条件(续续)S4-34NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationFinish creating the boundary condition创建边界条件创建边界条件(续续)S4-35NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationClick here first,then drag the middle mouse button to rotate the modelRotate the model to get a better view创建边界条件创建边界条件(续续)S4-36NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationCreate a load named force创建载荷创建载荷S4-37NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationInput-500 lbs in the y direction创建载荷创建载荷(续续)S4-38NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationSelect the application region创建载荷创建载荷(续续)S4-39NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationFinish creating the load创建载荷创建载荷(续续)S4-40NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn现在完成了分析过程的前处理过程。下一步提交模型到MSC.Nastran 进行数值分析。Solver例题的工作流程例题的工作流程S4-41NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationSelect linear static analysis and submit the analysis job to MCS.Nastran分析设置和提交分析设置和提交S4-42NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporation状态窗口报告工作进程分析设置和提交分析设置和提交(续续)S4-43NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn在MSC.Nastran完成分析运算以后,就可以进行数据的后处理了.Solver例题工作流程例题工作流程S4-44NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationnNastran 结果文件有两种类型:.op2 文件和.xdb文件u当Patran读入.op2文件后,这个文件就永久性的变成数据库的一部分.u当Patran读入.xdb文件以后,这个文件只是与数据卡临时连接起来。当关闭数据卡后,这个文件就与数据卡断开了.truss.op2truss.dbtruss.db+truss.op2truss.xdbtruss.dbtruss.xdbtruss.db两种类型的结果文件两种类型的结果文件S4-45NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporation默认的,Patran提交Nastran的任务结果为.xdb 文件.Attach the.xdb file to Patran 连接连接 XDB 文件文件S4-46NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn评估分析结果u检查最大垂直位移,允许的最大值为0.25 inch.u检查桁架杆件的应力。允许应力为36 ksi(材料屈服强度)分析结果的后处理分析结果的后处理S4-47NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationPlot the deformationMax y disp=0.018 in 0.25 in绘制变形图绘制变形图S4-48NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn默认的,Patran平均分布节点临近单元的应力,并绘制这些平均应力值。n关掉平均选项,可以显示真实最大轴向应力。绘制应力图绘制应力图S4-49NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationPlot the averaged axial stresses绘制应力图绘制应力图(续续)S4-50NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software CorporationPlot the un-averaged axial stresses绘制应力图绘制应力图S4-51NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn用文件编辑器打开.f06 文件。n检查总施加载荷与总反作用载荷Total applied loadTotal reaction load回顾回顾.F06 文件文件S4-52NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn检查约束力确定边界条件是否正确回顾回顾.F06 文件文件(续续)S4-53NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn回顾位移和杆单元应力回顾回顾.F06 文件文件(续续)S4-54NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporationn分析总结:u0.018 inch 的最大变形小于0.25 inch 允许变形。u最大轴向应力:l张应力=226 psi l压应力=-268 psil安全裕度很高u动载荷和屈曲的影响将在后续部分讨论。例题分析总结例题分析总结S4-55NAS120,Section 4,January 2005Copyright 2005 MSC.Software Corporation练习练习Perform Workshop 4“Stadium Truss”in your exercise workbook。