基于ANSYS的桥梁分析.docx
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基于ANSYS的桥梁分析
钢桁架桥静力受力分析
对一架钢桁架桥进行具体静力受力分析,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
已知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0.3米厚的混凝土板,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
2.1×1011
3.5×1010
泊松比PRXY
0.3
0.1667
密度DENS
7850
2500
B GUI操作方法
1.创建物理环境
1)过滤图形界面:
GUI:
MainMenu>Preferences,弹出“PreferencesforGUIFiltering”对话框,选中“Structural”来对后面的分析进行菜单及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>CommonSections,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下图6-20:
图6-20三种截面图及截面特性
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“2.1e11”,“PRXY”后面的输入栏输入“0.3”,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“3.5e10”,“PRXY”输入“0.1667”,“DENS”输入“2500”,单击“OK”结束。
如图6-25。
最后关闭“DefineMaterialModelBehavior”对话框。
图6-25定义材料属性
2.建立有限元模型
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,“SECNUM”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,“SECNUM”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“0.3”,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”,“SECNUM”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>
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