利用AutoCAD机械版对钢梁结构进行力学分析

机械设计中包括一些简单的钢梁结构，可以通过材料力学的知识进行计算，但Autocad mechanical 版本自带有限元分析插件，可进行简单的应力变形计算，大大提高了计算效率。

本文以10#槽钢为例，长度为1m，作为简支梁结构进行计算，具体操作过程如下，以Autocad Mechanical 2018 为例，

步骤一：先打开Autocad Mechanical 2018，点击界面上顶部菜单工具集，再点击型材菜单，选择10号槽钢，如图1所示；

图1 型材选择界面

步骤二：在绘图区出现槽钢图形以后，点击顶部菜单栏“有限元分析”菜单下方的“计算”-“惯性矩”菜单，如图2所示；

图2 惯性矩计算启动

步骤三：选择惯性矩菜单后选择槽钢内部区域，然后选择载荷方向，本次选择竖直向下，然后出现惯性矩等参数，如图3所示，其中I1为计算应力与变形的重要参数。

图3 惯性矩参数

步骤四：在槽钢图块下面绘制一条长度为1m的直线，点击顶部菜单：扰度线，如图4所示；

图4 扰度线计算启动

步骤五：根据命令提示，选择惯性矩参数表，然后选择1m线的两端，出现扰度计算参数设置，如图5所示，可以选择支承形式，本次选择两端简支形式，即第二个图标，接下来选择载荷，本次选择在梁中间位置施加竖直向下的力，即第一个图标，本次选择1000N，下一步选择材料，本次选择默认材料Q235 ，最后选择结果输出参数，即我们关心的指标参数，力矩和扰度。

图5  计算菜单

步骤六：最终计算结果如图6所示。其中黄色粗线示意变形量，绿色细线示意弯矩值，在梁的中心处变形量及弯矩值最大，及应力最大。具体计算值如图7所示。

图6 计算结果图形

图7 计算结果表格

由图7可知，最大变形量只有0.05mm，最大应力为6.3MPa，因为Q235材料屈服强度为235MPa，所以安全系数为37.3。因此该简支梁在中心竖直载荷1000N作用下是安全的。

此次计算可以通过材料力学计算公式进行验证，本次不做叙述。经计算公式验证，该结果与理论计算完全一致。