线单元或壳单元可以直接获得结构内力(NMQ),但实体单元因只有3个平动自由度,无法直接获得结构内力。但设计规范需要采用构件内力进行截面设计,因此,当采用实体单元分析时,不得不设法提取结构内力。幸运的是,ANSYS有诸多后处理手段,这里详尽介绍FSUM命令提取实体单元截面内力的方法,以解规范之需。采用FSUM提取截面内力时,需要注意如下几个问题:
(1)当前单元集必须暴露“截面”,与单元多少、是否连通、是否包含模型边界等无关,换句话说就是指定“截面”临近处必须有一定的参照,以确定“截面的左侧或右侧”,如图1a)和图1c)所示。
(2)所求内力的截面必须用节点界定,即节点所围成的面就是指定的“截面”,也就是当前节点集只有“围成截面的节点”,如图1b)和图1e)所示。
(3)用命令SPOINT指定内力求和点,用节点号或总体直角坐标系的X、Y、Z定义。一般采用截面形心的坐标。当截面复杂时,也可向截面高度中心求和,然后再进一步处理。
(4)FSUM是单元节点力对指定点求和,它包括三个力FX、FY、FZ和三个力矩MX、MY、MZ,这些力素“反号”即为截面内力!截面内力方向与总体坐标系方向相同,至于截面是受压受拉、哪边受拉等,根据截面内力即可确定。
(5)用*GET命令可提取FSUM计算的结果,保存到数组备用,最后输出到文件使用。
继续以上图中的截面为例,FSUM结果和截面内力结果如图1f)所示,然后根据坐标系和截面内力正负号画出截面内力如图1g)所示,该图即为最后所求截面内力及作用方向(去掉了正负号)。
(6)FSUM提取内力不受单元阶次影响,如SOLID185和SOLID186的影响甚微,但面映射法则受此影响较大。
以图2所示空间框架为例,采用实体单元,命令流给出了分别提取1-7号截面内力的命令方法。命令流中有部分截面内力的手算结果可与ANSYS的FSUM结果对比,未列出的是因为超静定结构无法手算,可与梁单元计算结果比较。
FINISH$/CLEAR$/PREP7
A=0.8$B=0.6$H=6
L1=2 A/2$L2=4$L3=2 B/2
BLC4,L2/2-A/2,,A,H A/2,B
WPOFF,,H/2-A/2
BLC4,,,L2/2 L1,A,B
VGEN,2,2,,,0,H/