徐州师范大学本科生毕业设计 组合梁弯曲应变片粘贴及应力的测试和数值模拟
(2) 结构动力学分析
结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。 (3) 结构非线性分析
结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。 (4) 动力学分析
ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。 (5) 热分析
程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热－结构耦合分析能力。 (6) 电磁场分析
主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。 (7) 流体动力学分析
ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热－流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。 (8) 声场分析
程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。 (9) 压电分析
用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析：静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析
3.后处理模块POST1和POST26
ANSYS软件的后处理过程包括两个部分：通用后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26。通过友好的用户界面，可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。
(1) 通用后处理模块POST1
点击实用菜单项中的“General Postproc”选项即可进入通用后处理模块。这个模块对前面的分析结果能以图形形式显示和输出。例如，计算结果（如应力）在模型上的变化情况可用等值线图表示，不同的等值线颜色，代表了不同的值（如应力值）。浓淡图则用不同的颜色代表不同的数值区（如应力范围），清晰地反映了计算结果的区域分布情况。
(2) 时间历程响应后处理模块POST26
点击实用菜单项中的TimeHist Postpro选项即可进入时间历程响应后处理模块。这个模块用于检查在一个时间段或子步历程中的结果，如节点位移、应力或支反力。这些结
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果能通过绘制曲线或列表查看。绘制一个或多个变量随频率或其它量变化的曲线，有助于形象化地表示分析结果。另外，POST26还可以进行曲线的代数运算。
在ANSYS软件中，常用到单元、节点、载荷和边界条件等几个常用术语，具体阐述如下：
单元：结构的网格划分中的每一个小的块体称为一个单元。常见的单元类型有线段单元、三角形单元、四边形单元、四面体单元和六面体单元等。由于单元是组成有限元模型的基础，因此，单元的类型对于有限元分析是至关重要的。
节点：确定单元形状的点称为节点。如线段单元只有两个节点，三角形单元有3个或者6个节点，四边形单元则最少有4个节点。
载荷：结构所受到的外部施加的力称为载荷，包括集中载荷和分布载荷等。
边界条件：边界条件是指结构边界上所受到的外加约束，在有限元分析中，边界条件的确定是非常重要的。错误的边界条件使程序无法正常运行，施加正确的边界条件是获得正确的分析结果和较高的分析精度的重要条件。 2.3.3本为所用单元介绍
在本文采用ANSYS软件进行数值计算中，采用了solid 185 单元，如图5所示。solid185单元为结构实体单元，用于构造三维固体结构.单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度.单元具有超弹性,应力钢化，蠕变,，大变形和大应变能力.还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑材料和完全不可压缩超弹性材料。
图5 solid 185单元
2.3.4布尔运算
ANSYS中的图元运算时通过布尔操作实现的，通过布尔操作，用户可以将简单体素整合为非常复杂的实体模型。布尔操作包括：
Add(加，将各个体素融合为一个整体，用一个编号表示)；Substract(减，将一个体素从另一个体素中减去，剩余图元赋予新的序号)；Intersect(相交，通过图元的公共界面重新划分)；Glue(粘合，将几个有公共界面的图元粘合在一起，但是保留原有边界)；Overlap(搭接)。
而本文要用到Glue命令，即把两个或多个实体黏合在一起，在其接触面上具有共同的边界操作命令，这对定义两个不同的实体特别方便。
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第三章 叠合简支梁的材料力学解
3.1分析模型
如图3-1所示，将材料相同，长度、宽度和高度都相同的两根矩形截面梁相互叠合在一起，两端分别用铰链固定，组成简支叠合梁，梁受到集中载荷P作用，跨度为L，集中载荷距梁端面距离为a。
图6 计算模型
3.2 两种情况下应力计算公式的推导 3.2.1 两根梁自由叠合
如图7所示，两梁叠合，无销钉约束。
图7 无销钉约束叠合梁
当其在外载荷作用下弯曲变形时，上下梁各自弯曲，每个梁有各自的中性层，且满足下列条件：
1变形条件
?11?1?2，
M1?x?1M2?x???物理条件 ,?1E1I1?2E2I2,
平衡条件 M1
?x??M2?x??M?x?
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由以上各式得，
E1I1M?x?M1?x??E1I1?E2I2E2I2M?x?, M2?x??E1I1?E2I2
?E2?E,I1?I2?I，
此处可以先得到不同材料组合的一般公式，再特殊到同种材料为好 又两梁属性、外形相同，所以有E1M?x?故 M1?x??M2?x??2
所以叠合梁任一截面上下梁的弯曲应力为：
M?x?y?1??2?2I.
3.2.2 两根梁用销钉连接叠合
如图8所示，两梁叠合，并用销钉约束连成一整体。此时叠合梁如同一整体梁发生弯曲，横截面假设仍然保持平面。
图8 有销钉约束的叠合梁
首先，根据截面上轴力为零的条件，可得确定中性轴的公式 E1SZ1其中E1?E2?E?E2SZ2?0
E1?E2?E, SZ1, SZ2分别为上下截面对中性轴的静矩。设中
yc,如图9所示叠合梁截面图，
性轴距离叠合面上方
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图9 叠合梁截面图（此图不清楚必要时重画）
则有：
SZ1??ydA?yc1A1??h/2?yc?bh，
12
SZ2??ydA??yc2A2???h/2?yc?bh，
代入后得
yc?0。
?M?x?确定任一横截面上的应力，其中
12然后，有静力平衡条件MZMZ??y?xdA??y?x1dA??y?x2dA.
引入 IZ1??ydA,IZ2??ydA.
2122MZ?得
??E1IZ1?E2IZ2?.
1又E1?E2?E,IZ1?IZ2?IZ,则由胡克定律求得任一横截面的弯曲应力
M?x?y?x1?E??2IZ,
y?x2M?x?y?E??2IZ.
y
（上面公式也最好先来一般组合，再给出同材料组合的公式）
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