基于某ANSYS的桥梁分析报告.docx
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基于某ANSYS的桥梁分析报告
钢桁架桥静力受力分析
对一架钢桁架桥进展具体静力受力分析,分别采用GUI方式和命令流方式。
A 问题描述
图6-15钢桁架桥简图
下承式简支钢桁架桥桥长72米,每个节段12米,桥宽10米,高16米。
设桥面板为厚的混凝土板,当车辆行驶于桥梁上面时,轴重简化为一组集中力作用于梁上,来计算梁的受力情况。
。
桁架杆件规格有三种,见下表:
表6-2钢桁架桥杆件规格
杆件
截面号
形状
规格
端斜杆
1
工字形
400×400×16×16
上下弦
2
工字形
400×400×12×12
横向连接梁
2
工字形
400×400×12×12
其他腹杆
3
工字形
400×300×12×12
所用材料属性如下表:
表6-3材料属性
参数
钢材
混凝土
弹性模量EX
×1011
×1010
泊松比PRXY
密度DENS
7850
2500
B GUI操作方法
1〕过滤图形界面:
GUI:
MainMenu>Preferences,弹出“PreferencesforGUIFiltering〞对话框,选中“Structural〞来对后面的分析进展菜单与相应的图形界面过滤。
2〕定义工作标题:
GUI:
UtilityMenu>File>ChangeTitle,在弹出的对话框中输入“TrussBridgeStaticAnalysis〞,单击“OK〞。
如图6-16〔a〕。
指定工作名:
GUI:
UtilityMenu>File>ChangeJobname,弹出一个对话框,在“EnternewName〞后面输入“Structural〞,“Newloganderrorfiles〞选择yes,单击“OK〞。
如图6-16〔b〕。
图6-16〔a〕定义工作标题
图6-16〔b〕指定工作名
3〕定义单元类型和选项:
GUI:
MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,弹出“ElementTypes〞单元类型对话框,单击“Add〞按钮,弹出“LibraryofElementTypes〞单元类型库对话框。
在该对话框左面滚动栏中选择“StructuralBeam〞,在右边的滚动栏中选择“3D188〞,单击“Ok〞,定义了“BEAM188〞单元,如图6-17。
继续单击“Add〞按钮,弹出“LibraryofElementTypes〞单元类型库对话框。
在该对话框左面滚动栏中选择“StructuralShell〞,在右边的滚动栏中选择“Elastic4node181〞,单击“OK〞,定义了“SHELL181〞单元。
得到如图6-18所示的结果。
最后单击“Close〞,关闭单元类型对话框。
图6-17单元类型库对话框
图6-18单元类型对话框
4〕定义梁单元截面:
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Sections>Beam>monSections,弹出“BeamTool〞工具条,如图6-19填写。
然后单击“Apply〞,如图6-19填写;然后单击“Apply〞,如图6-19填写,最后单击“OK〞。
图6-19定义三种截面
每次定义好截面之后,点击“Preview〞可以观察截面特性。
在本模型中三种工字钢截面特性如如下图6-20:
图6-20三种截面图与截面特性
5〕定义材料属性:
GUI:
MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels,弹出“DefineMaterialModelBehavior〞对话框,在右边的栏中连续双击“Structural>Linear>Elastic>Isotropic〞后,弹出“LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1”对话框,如图6-23所示,在该对话框中“EX〞后面的输入栏输入“11”,“PRXY〞后面的输入栏输入“”,单击“OK〞。
图6-23设置弹性模量和泊松比图6-24设置密度
继续在“DefineMaterialModelBehavior〞对话框,在右边的栏中连续双击“Structural>Density〞,弹出“DensityforMaterialNumber1”对话框,如图6-24所示,在该对话框中“DENS〞后面的输入栏输入“7850”,单击“OK〞。
设置好第一种钢材材料之后,还要设置第二种混凝土桥面板材料。
“DefineMaterialModelBehavior〞对话框的Material菜单中选择“Newmodel〞,按照默认的材料编号,点击“OK〞。
这时“DefineMaterialModelBehavior〞对话框左边出现“MaterialModelNumber2”,同第一种材料的设置方法一样,“LinearIsotropic〞中“EX〞输入“10”,“PRXY〞输入“〞,“DENS〞输入“2500〞,单击“OK〞完毕。
如图6-25。
最后关闭“DefineMaterialModelBehavior〞对话框。
图6-25定义材料属性
有限元模型
1〕生成半跨桥的节点:
GUI:
UtilityMenu>Modeling>Create>Nodes>InActiveCS,弹出“CreateNodesinActiveCS〞对话框,在“X,Y,Z〞输入行输入:
“0,0,-5”,单击“OK〞。
如图6-26〔a〕
然后GUI:
UtilityMenu>Modeling>Copy>Nodes>Cop,在“Copynodes〞对话框中单击“PickAll〞,在弹出的对话框中,如图6-26〔b〕填写。
继续执行GUI:
UtilityMenu>Modeling>Copy>Nodes>Cop,在“Copynodes〞对话框中单击“PickAll〞,在弹出的对话框中,如图6-26〔c〕填写。
图6-26〔a〕建立节点图6-26〔b〕复制节点
图6-26〔c〕复制节点图6-27半桥模型的节点
继续执行GUI:
UtilityMenu>Modeling>Copy>Nodes>Cop,弹出“Copynodes〞对话框,在ANSYS主窗口中用箭头选择2、6、10号节点,单击“OK〞,在弹出的对话框中,“ITIME〞输入“2〞,“DY〞输入“16〞,“INC〞输入“1〞,“RATIO〞输入“1〞,其他项不填写。
单击“OK〞。
继续执行GUI:
UtilityMenu>Modeling>Copy>Nodes>Cop,弹出“Copynodes〞对话框,在ANSYS主窗口拾取3、7、11号节点,单击“OK〞,在弹出的对话框中,“ITIME〞输入“2〞,“DZ〞输入“-10〞,“INC〞输入“1〞,“RATIO〞输入“1〞,其他项不填写。
单击“OK〞。
最终ANSYS主窗口中出现画面如图6-27。
2〕生成半桥跨单元:
选择第一种单元属性:
GUI:
UtilityMenu>Modeling>Create>Elements>ElemAttributes,弹出“ElementAttributes〞对话框,如图6-28所示。
单击“OK〞关闭窗口。
图6-28选择单元属性图6-29建立端斜杆梁单元
建立端斜杆梁单元:
GUI:
UtilityMenu>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes,弹出“ElemfromNodes〞拾取节点对话框,分别拾取11和14号节点,单击“apply〞。
再选择12和13号节点。
单击“OK〞。
如图6-29。
选择第二种单元属性:
GUI:
UtilityMenu>Modeling>Create>Elements>ElemAttributes,弹出“ElementAttributes〞对话框,“SEUM〞项中选择“2XIANHENG〞,其他选项不变。
单击“OK〞关闭窗口。
建立上下弦杆和横梁杆梁单元:
GUI:
UtilityMenu>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes,弹出“ElemfromNodes〞选择对话框,分别在2和6号节点、6和10号节点、10和14号节点、1和5号节点、5和9号节点、9和13号节点、3和7号节点、7和11号节点、4和8号节点、8和12号节点、1和2号节点、3和4号节点、5和6号节点、7和8号节点、9和10号节点、11和12号节点、13和14号节点建立单元。
单击“OK〞关闭窗口。
选择第三种单元属性:
GUI:
UtilityMenu>Modeling>Create>Elements>ElemAttributes,弹出“ElementAttributes〞对话框,“SEUM〞项中选择“3FU〞,其他选项不变。
单击“OK〞关闭窗口。
建立上下弦杆和横梁杆梁单元:
UtilityMenu>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes,弹出“ElemfromNodes〞选择对话框,分别在3和6号节点、6和11号节点、4和5号节点、5和12号节点、2和3号节点、1和4号节点、6和7号节点、5和8号节点、10和11号节点、9和12号节点建立单元。
单击“OK〞关闭窗口。
3〕定义梁单元截面:
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Sections>Shell>Lay-up>Add/Edit,弹出CreateandModifyShellSections〞工具条,在“name〞后输入“ban〞,“ID〞后输入“4〞,“Thickness〞后输入“〞,单击“OK〞。
4〕选择第四种单元属性:
GUI:
UtilityMenu>Modeling>Create>Elements>ElemAttributes,弹出“ElementAttributes〞对话框,“TYPE〞项选择“2SHELL181〞,“MAT〞项选择“2”,“SEUM〞项中选择“NoSection〞,“TSHAP〞项选择“4nodequad〞,其他选项不变。
单击“OK〞关闭窗口。
建立桥面板单元:
GUI:
UtilityMenu>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes,弹出“ElemfromNodes〞选择对话框,依次选择1、2、6、5号节点、5、6、10、9号节点、9、10、14、13号节点建立三个壳单元。
单击“OK〞关闭窗口。
如图6-30。
图6-30半桥单元
5〕生成全桥有限元模型:
生成对称节点:
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Reflect>Nodes,弹出“ReflectNodes〞选择对话框,单击“PickAll〞。
在第二个对话框中,选择“Y-Zplane〞,“INC〞项填写“14”。
单击“OK〞关闭对话框。
图6-31桥单元
生成对称单元:
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Reflect>Elements>AutoNumbered,弹出“ReflectElems〞选择对话框,单击“PickAll〞。
在第二个对话框中,“NINC〞项填写“14”。
单击“OK〞。
如图6-31。
6〕合并重合节点、单元:
GUI:
MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>MergeItems,弹出“MergeCoincidentorEquivalentlyDefinedItems〞对话框,“Label〞项选择“All〞,单击“OK〞关闭窗口。
如图6-32。
图6-32合并重合节点和单元图6-33压缩编号
压缩编号:
GUI:
MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>pressNumber,弹出“pressNumbers〞对话框,“Label〞项选择“All〞,单击“OK〞关闭窗口。
如图6-33。
7〕保存模型文件;UtilityMenu>File>Saveas,弹出一个“SaveDatabase〞对话框,在“SaveDatabaseto〞下面输入栏中输入文件名“Structural_model.db〞,单击“OK〞。
3.加边界条件和载荷
1〕施加位移约束:
在简支梁的支座处要约束节点的自由度,以达到模拟铰支座的目的。
假定梁左端为固定支座,右边为滑动支座。
GUI:
MainMenu>Solution>DefineLosads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes,弹出节点选取对话框,用箭头选择23和24号节点,单击“OK〞弹出“ApplyU,ROTNodes〞对话框,“DOFstobeconstrained〞项中,选择“UX,UY,UZ〞,单击“OK〞关闭窗口。
如图6-34。
以同样的方法,在13和14号节点施加位移约束,选择13、14号节点之后,在“DOFstobeconstrained〞项中选择“UY,UZ〞,单击“OK〞关闭窗口。
结果如图6-35。
图6-34设置节点位移约束图6-35施加位移约束后的模型
图6-36设置集中力荷载图6-37施加所有荷载后的模型
2〕施加集中力:
在跨中两节点处施加集中力荷载。
GUI:
MainMenu>Solution>DefineLosads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes,弹出节点选取对话框,用箭头选择1和2号节点,单击“OK〞弹出“ApplyF/MNodes〞对话框,“Lab〞项选择“FY〞,“VALUE〞项填写“-100000”。
如图6-36。
单击“OK〞关闭窗口。
3〕施加重力:
GUI:
MainMenu>Solution>DefineLosads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global,弹出“ApplyAcceleration〞对话框,在“ACELY〞项填写“10”,单击“OK〞。
施加所有荷载之后的模型如图6-37。
4.求解
1〕选择分析类型:
GUI:
GUI:
MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,在弹出的“NewAnalysis〞对话框中选择static选项,点击“OK〞关闭对话框。
2〕开始求解:
GUI:
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS,弹出一个名为“/STATUSmand〞的文本框,如图6-38,检查无误后,单击“Close〞。
在弹出的另一个“SolveCurrentLoadStep〞对话框中单击“OK〞。
求解完毕后,关闭“Solutionisdone〞对话框。
图6-38求解信息
5.查看计算结果
1〕查看结构变形图:
GUI:
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape,弹出一个如图6-39(a)所示的对话框,单击“OK〞,结果显示如图6-39(b)
图6-39(a)设置变形显示图6-39(b)结构变形结果
2〕云图显示位移:
GUI:
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu,弹出如图6-40的对话框,选择“NodalSolution-DOFSolution-〞后面的选项,其中包括X、Y、Z各个方向的位移与总体位移,和X、Y、Z各个方向的转角与总体转角。
下面的选项分别是:
是否显示未变形的模型;变形比例。
单击“OK〞显示云图。
各节点总体位移结果云图如图6-41。
图6-40选择云图显示数据
图6-41总位移云图显示
3〕矢量显示节点位移:
GUI:
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>VectorPlot>Predefined,弹出一个“VectorPlotofPredefinedVectors〞矢量画图对话框,在“PLVECT〞项中选取“DOFsolution〞和“TranslationU〞,单击“OK〞,其结果如图6-42所示。
图6-42节点位移矢量显示
4〕显示结构内力图:
✓定义单元表:
GUI:
MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>DefineTable,弹出一个“ElementTableData〞对话框,单击“Add〞,弹出“DefineAdditionalElementTableItems〞对话框,在“Lab〞项中填写“zhou_i〞〔定义单元i节点轴力名称〕,左边框中选择最后一项“Bysequencenum〞,右边框中选择“SMISC〞,下边填写“SMISC,1”,如图6-43。
单击“Apply〞,继续定义单元j节点轴力,在“Lab〞项中填写“zhou_j〞,下边填写“SMISC,7”。
单击“Apply〞,继续定义单元i节点剪力,在“Lab〞项中填写“jian_i〞,下边填写“SMISC,2”。
单击“Apply〞,继续定义单元j节点剪力,在“Lab〞项中填写“jian_j〞,下边填写“SMISC,8”。
单击“Apply〞,继续定义单元i节点弯矩,在“Lab〞项中填写“wan_i〞,下边填写“SMISC,6”。
单击“Apply〞,继续定义单元j节点轴力,在“Lab〞项中填写“wan_j〞,下边填写“SMISC,12”。
单击“OK〞关闭对话框。
继续单击“Close〞关闭“ElementTableData〞对话框。
图6-43定义单元表
在定义单元表的时候,需要查看帮助文件查找所用单元的单元表项目与序号。
图6-44为本例题中所选用的BEAM188单元的单元坐标系图,表6-4列出了BEAM4单元表输出量的条目与序号,定义单元表的时候,根据需要输出的量查找对应的序号进展输入。
图6-44BEAM4单元
表6-4BEAM4单元表条目与序号
输出量
项目
I节点序号
J节点序号
MFORX(X方向力)
SMISC
1
7
MFORY(Y方向力)
SMISC
2
8
MFORZ(Z方向力)
SMISC
3
9
MMOMX(X方向力矩)
SMISC
4
10
MMOMY(Y方向力矩)
SMISC
5
11
MMOMZ(Z方向力矩)
SMISC
6
12
✓列表单元表结果
GUI:
MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>ListElemTable,弹出一个“ListElementTableData〞对话框,选择刚刚定义的内力名称“ZHOU_I,ZHOU_J,JIAN_I,JIAN_J,WAN_I,WAN_J〞,单击“OK〞,弹出文本列表“PRETABmand〞,显示了每个单元的节点内力。
如图6-45。
图6-45单元表数据
列表的最后还列出了每项最大值和最小值,以与它们所在的单元。
✓显示线单元结果
GUI:
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>LineElemRes,弹出“PlotLine-ElementResults〞对话框,“LabI、LabJ〞项分别选择“ZHOU_I〞和“ZHOU_J〞,“Fact〞项设置显示比例〔默认值是1〕,“KUND〞项选择是否显示变形。
单击“OK〞。
显示轴力图,如图6-46。
重新执行显示线单元结果操作,“LabI、LabJ〞项分别选择“JIAN_I〞和“JIAN_J〞,显示剪力图。
重新执行显示线单元结果操作,“LabI、LabJ〞项分别选择“WAN_I〞和“WAN_J〞,显示剪力图。
由于本算例中的结构属于桁架杆系结构,杆件的剪力很小,结果不做重点考虑。
图6-47轴力图
5〕列表节点结果:
GUI:
MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution,弹出一个“ListNodalSolution〞对话框,选择“NodalSolution-DOFSolution-Displacementvectorsum〞,单击“OK〞。
弹出每个节点的位移列表文本,其中包括每个节点的X、Y、Z方向位移和总位移,最后还列有每项最大值与出现最大值的节点。
6.退出程序
单击工具条上的“Quit〞弹出一个如图6-47所示的“ExitfromANSYS〞对话框,选取一种保存方式,单击“OK〞,如此退出ANSYS软件。
图6-47退出ANSYS对话框
C命令流实现
/TITLE,TrussBridgeStaticAnalysis
/PREP7
/,Structural
!
*
/PREP7
!
*
ET,1,BEAM188
!
*
ET,2,SHELL181
!
*
SECTYPE,1,BEAM,I,duan,0!
*定义1号工字形截面*
SECOFFSET,CENT!
*截面质心不偏移*
SECDATA,0.4,0.4,0.4,0.016,0.016,0.016,0,0,0,0!
*1号截面参数*
SECTYPE,2,BEAM,I,XIANHENG,0
SECOFFSET,CENT
SECDATA,0.4,0.4,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0
SECTYPE,3,BEAM,I,FU,0
SECOFFSET,CENT
SECDATA,0.3,0.3,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0
R,4,0.3,,,,,,*
!
*定义1号材料弹性模量*
MP,PRXY,1,0.3!
*定义1号材料泊松比*
MP,DENS,1,7850!
*定义1号材料密度*
!
*定义2号材料弹性模量*
!
*定义2号材料泊松比*
MP,DENS,2,2500!
*定义2号材料密度*
N,,0,0,-5,,,,!
*建立节点*
NGEN,4,4,ALL,,,12,,,1,!
*复制节点*
NGEN,2,1,ALL,,,,,10,1,!
*复制节点*
NGEN,2,1,2,10,4,,16,,1,!
*复制节点*
NGEN,2,1,3,11,4,,,-10,1,!
*复制节点*
TYPE,1!
*选择1号单元类型*
MAT,1!
*选择1号材料*
REAL,1!
*选择1号实常数*
ESYS,0!
*单元坐标系*
SEUM,1!
*选择1号截面*
TSHA
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