有限元应用于桁架桥梁结构受力分析Word文档格式.docx
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本文是ANSYS基于图形界面的桁架桥梁结构的简单受力分析。
关键词:
有限元、ANSYS、建筑、受力分析
ApplicationofANSYSSoftwareinTheFieldofEngineering
ZHOUMing-yu
(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,AnhuiUniversityOfScienceAndTechnologyAnhui,Huainan)
Abstract:
Inrecentyears,alongwiththeextensiveapplicationofthecomputer,invoketheothereachtechniquefieldtodeveloprapidly.FiniteElementMethod(FEM)isamoderncomputationaltechniquetodeveloprapidlywiththedevelopmentofthecomputer,FEMcanprocessnumericalsimulationanalysisusingcomputer,itisappliedextensivelyinengineeringfield,theresultofFEManalysisprovidedreliabledataforthedesignandcapabilityanalysisofvariousindustryproduct.ANSYSisoneofthemostinternationalfamoussoftware.ThecustomersofANSYScomefrommachine,aviation,energysources,traffic,construction,water
conservancy,electronics,groundmineral,biologymedicine,teachingstudyfieldsetc.ThisistheANSYSanalysisbysimpletrussbridgestructurebasedongraphicinterface.
Keyword:
Finiteelement,ANSYS,architecture,Forceanalysis
桁架结构由于具有自重轻、造价较低和施工简单等诸多优点,在包括大型工业厂房在内的工程领域得到了广泛的应用;
随着对设计质量要求的不断提高,人们一直在探索如何在保证桁架结构安全的前提下,减少材料用量,降低成本,以满足经济性的要求;
桁架结构的优化设计思想从MICHELL,桁架理论的出现至今已有近百年历史,BENDSOE等,提出的多工况拓扑优化方法标志着对优化设计研究进入了新的阶段。
国内学者也在该领域进行了大量的研究,如隋允康等对桁架结构离散变量的优化问
1桁架有限元模型
1.1桁架有限元模型的简化和假设
下面以一个简单桁架桥梁为例,
以展示有限元分析的全过程。
背景素材选自位于密执安的"
OldNorthParkBridge"
(1904-1988),见图1。
该桁架桥由型钢组成,顶梁及侧梁,桥身弦杆,底梁分别采用3种不同型号的
题进行了研究,通过函数变换找到了满应力的映射解,并结合桁架拓扑优化特点提出了ICM(独立、连续、映射)方法。
随着计算机技术的发展,人们开始利用ANSYS等软件对工程结构进行有限元分析和优化设计。
APDL是ANSYS参数化设计语言,它是一种通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言,ANSYS提供了两种优化方法即零阶方法和一阶方法。
除此之外,用户还可以利用自己开发的优化算法替代ANSYS本身的优化方法进行优化设计。
型钢,结构参数见表1。
桥长L=32m,桥高H=5.5m。
桥身由8段桁架组成,每段长4m。
该桥梁可以通行卡车,若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置,假设卡车的质量为4000kg,若取一半的模型,可以将卡车对桥梁的作
用力简化为P1,P2和P3,其中P1=P3=5000N,P2=10000N,见图2。
图1位于密执安的"
图2桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)
表1桥梁结构中各种构件的几何性能参数
1.2桁架有限元模型的建立
以下为基于ANSYS图形界面(GraphicUserInterface,GUI)的菜单操作流程。
(1)进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)
程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory(设置工作目录)→Initialjobname(设置工作文件名):
TrussBridge→Run→OK
(2)设置计算类型
ANSYSMainMenu:
Preferences…→Structural→OK
设置计算类型
(3)定义单元类型
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→Beam:
2delastic3→OK(返回到ElementTypes窗口)→Close
(4)定义实常数以确定梁单元的截面参数
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add…→selectType1Beam3→OK→inputReal2.19E-3,号实常数用于顶梁和侧梁)→Apply→input,号实常数用于弦杆)→Apply→inputReal,号实常数用于底梁)→OK(backtoRealConstantswindow)→Close(theRealConstantswindow)
(5)定义材料参数
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→定义泊松比及弹性模量)→OK→Density(定义材料密度)→input→OK→Close(关闭材料定义窗口)
(6)构造桁架桥模型
生成桥体几何模型ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→NPTKeypointnumber:
,X,Y,ZLocationinactiveCS→Apply→同样输入其余15个特征点坐标(最左端为起始点,坐标分别为(4,0),(8,0),(12,0),(16,0),(20,0),(24,0),(28,0),(32,0),(4,5.5),(8,5.5),(12,5.5),(16.5.5),(20,5.5),(24,5.5),(28,5.5))→Lines→Lines→StraightLine→依次分别连接特征点→
OK
建立节点
生成单元模型
网格划分
Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→PickedLines→选择桥顶梁及侧梁→OK→select→Apply→选择桥体弦杆→OK→selectREAL:
→Apply→选择桥底
梁→OK→selectREAL:
3,→OK→ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool→位于SizeControls下的Lines:
Set→ElementSizeonPicked→Pickall→Apply→NDIV:
1→OK→Mesh→Lines→Pickall→OK(划分网格)
选择单元
划分网格
(7)模型加约束
Solution→Define
Loads
→
Apply
Structural→Displacement→OnNodes→选取桥身左端节点→OK→selectLab2:
AllDOF(施加全部约束)→Apply→选取桥身右端节点→OK→selectLab2:
施加Y方向约束)→OK
施加约束
2受力作用分析
2.1施加载荷
Solution→DefineLoads→Apply
Structural
Force/Moment→OnKeypoints→选取底梁上卡车两侧关键点(X坐标为12及20)→OK→selectLab:
FY,→Apply→选取底梁上卡车中部关键点(X坐标为16)→OK→selectLab:
FY,Value:
→OK→ANSYSUtilityMenu:
→Select→Everything
施加何在a
施加何在b
2.2计算分析
Solution→Solve→CurrentLS→OK
计算分析
2.3结果显示
GeneralPostproc
PlotResults
Deformedshape→Defshapeonly
→OK(返回到PlotResults)→ContourPlot→NodalSolu→DOFSolution,
Y-Component
of
Displacement→OK(显示Y方向位移UY)
导出结果
a
导出结果b
定义线性单元I节点的轴力ANSYSMainMenu→GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable→Add→Lab:
[bar_I],Bysequencenum:
[SMISC,1]→OK
→Close
定义线性单元J节点的轴力ANSYS
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