基于图形界面的桁架桥梁结构分析.docx

基于图形界面的桁架桥梁结构分析(StePbystep)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"O1dNor1hParkBridge"(1904-1988),见图3-22。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种不同型号的型钢,结构参数见表3-6。桥长1=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Pi,P2和P.3,其中P=P3=5000N,P2=10000N,见图3-23。图3-22位于密执安的"O1dNorthParkBridge"(1904-1988)表3-6桥梁结构中各种构件的几何性能参数构件惯性矩m4横截面积m2顶梁及侧梁(BeamI)3.83×IO'6m42.19×10-sm2桥身弦梁(Beam2)1.87×101.185x10-3底梁(Beam3)8.47X10«3.031×IO-3解答以下为基于ANSYS图形界面(GraPhiCUserInterface,GU1)的菜单操作流程。(1)进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序fANSYS-*ANSYSInteractive-*WorkingdireCtoIy(设置工作目录)-Initia1jobnamc(设置工作文件名):Tri1SSBridge-RunOK设置计算类型ANSYSMainMenu：Preferences.-Structura1-OK(3)定义单元类型ANSYSMainMenu：Preprocessor-E1ementType-AddZEdit/De1ete.Add.-*Beam:2de1astic3-OK(返回到E1ementTyPeS窗口)-*C1ose(4)定义实常数以确定梁单元的截面参数ANSYSMainMenu:Preprocessor-Rea1Constants.-*Add/Edit/De1ete-*Add.-*SeIeCtTyPeIBeam3-*OK-*inputRea1ConstantsSetNo.：X,AREA:2.19E-3,Izz:3.83e6(1号实常数用于顶梁和侧梁)-*App1y-*inputRea1ConstantsSetNo.:_2_,AREA:1.185E-3,Izz:1.87E-6(2号实常数用于弦杆)App1y-*iwu1Rea1ConstantSetNo.:3.AREA:3.031E-3,Izz:8.47EE(3号实常数用于底梁)OK(backtoRea1Constantswindow)-*C1ose(theRea1Constantswindow)(5)定义材料参数ANSYSMainMenu:PreprocessorMateria1PropsMateria1Mode1s-Structura11inearE1astic-IsotropicinputEX:2.1e11PRXY:显(定义泊松比及弹性模量)-OK-DenSity(定义材料密度)inputDENS:7800,ToK-C1ose(关闭材料定义窗口)构造桁架桥模型生成桥体几何模型ANSYSMainMenu：Preprocessor-*Mode1ing-Create-*Keypoints-*InActiveCS-*NPTKeypointnumber：1XtY,Z1ocationinactiveCSt0,0-App1y-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)-1ines1ines*Straight1ine依次分别连接特征点-*OK网格划分ANSYSMainMenu:Preprocessor-Meshing-MeshAttributes-Picked1ines-选择桥顶梁及侧梁-OKfse1ectREA1:1,TYPE:1-*App1y-选择桥体弦杆OK-se1ectREA1:2,TYPE:1-*App1y选择桥底梁OK-se1ectREA1:3,TYPE:1-OK-ANSYSMainMenu：Preprocessor-Meshing-*MeshTooI一位于SizeContro1sb'的1ines：Set-E1ementSizeonPicked一Picka11-App1y-*NDIVt1-*OK-*Mesh-*1inesPicka11-OK(划分网格)模型加约束ANSYSMainMenu:So1utionDefine1oads-App1y-Structura1-*Disp1acementOnNodes-选取桥身左端节点-OK-se1ect1ab2:A11DOF(施加全部约束)-App1y*选取桥身右端节点-OK-Se1eCt1ab2:乜丫(施加Y方向约束)-OK(8)施加载荷ANSYSMainMenu:So1ution-Define1oads-App1y-Structura1-ForceZMoment-OnKeypoints一选取底梁上卡车两侧关键点(X坐标为12及20)-OK-se1ect1ab:FY,Va1ue:-5000-*App1y-*选取底梁上卡车中部关键点(X坐标为16)-OK-se1ect1ab:FY,Va1ue;-10000OK-*ANSYSUti1ityMenu：-*Se1ect-*Everything(9)计算分析ANSYSMainMenu：So1utionSo1ve-*Current1S-OK(10)结果显示ANSYSMainMenu：Genera1Postproc-P1otResu1tsDeformedshapeDefshapeon1y-OK(返回到PIotReSU1tS)ContourP1ot-Noda1So1uDOFSo1ution,Y-ComponentofDisp1acementOK(显示Y方向位移UY)(见图3-24(a)定义线性单元I节点的轴力ANSYSMainMenu-*Genera1Postproc-*E1ementTab1e-*DefineTab1e-Add-*1ab:(bar_I,Bysequencenum:SMISC,1-OK-*C1ose定义线性单元J节点的轴力bar_J,Bysequencenum:SMISC,1-*OK-C1ose画出线性单元的受力图(见图3-24(b)ANSYSMainMenu-Genera1Postproc-P1otResu1ts-*ContourP1ot-1ineE1emRes1abI:bar.I,1abJ:bar_J,Fact:1OK(11)退出系统ANSYSUti1ityMenu：Fi1e-*Exit-SaveEverything_*OK(a)桥梁中部最大挠度值为0.003374m(b)桥梁中部轴力最大值为2538ON图3.24桁架桥挠度UY以及单元轴力计算结果ANSYS算例】3.4.2(2)基于命令流方式的桁架桥梁结构分析!%ANSYS算例3.4.2(2)%begin%!-注：命令流中的符号$，可将多行命令流写成一行prep7P1OPTS,DATE,0!=设置单元和材料ET,1,BEAM3R,1,2.19E-3,3.83e-6,R,2,1185E-3.1.87e-6,0A0.0,R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0,MP,EXJ,2.1E11MRPRXYJ,0.30MRDENSJ7800!-定义几何关键点!进入前处理!设置不显示日期和时间!定义单元类型!定义1号实常数用于顶梁侧梁!定义2号实常数用于弦杆!定义3号实常数用于底梁!定义材料弹性模量!定义材料泊松比!定义材料密度KJ,0,0,$K,2,4.0.$K,3,8,0.,SK,4.12,0,SK,5.16,0,.$K,6,20,0SK.7,24.0,.SK,8,28.0.$K,9,32,0.,$K,10,4,5.5,$K,11,8.5,5,.$K,12,12,5.5SK,13,16.5.5,$K,14,20,5.5,SK.15,24.5.5,$K,16,28,5.5,!-通过几何点生成桥底梁的线1,I,2$1,2,3S1,3.4$1,4,5$1,5.6$1,6,7$1,7,8$1,8,9!-生成桥顶梁和侧梁的线1,9,16$1,15,16$1,14,15$1,13,14$1,12,13$1,11,12$1,10,11S1,1,1O!-生成桥身弦杆的线1,2,10$1,3,10S1.3,11$1.4.11S1,4.12S1.4,13$1,5,13$1,6.13$1,6,14$1,6,15$1,7,15S1,7,16$1,8,16!一一选择桥顶梁和侧梁指定单元属性1SE1,S,9,16,1,!-选择桥身弦杆指定单元属性1SE1S,17,29,1,1ATT,1,2,1,!选择桥底梁指定单元属性1SE1,S,1,8,1,1ATTj31”,，!-一划分网格AIISEUa111ESIZE,a11,1,11MESH,a11!再恢复选择所有对象!对所有对象进行单元划分前的分段设置!对所有几何线进行单元划分!=在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解/so1uNSE1,S,1OC,X,0D,a11,A11,”，A11SE1,a11NSE1,S,1OC,X,32D,a11,UY,A11SE1,a11!-基于几何关键点施加载荷!根据几何位置选择节点!对所选择的节点施加位移约束!再恢复选择所有对象!根据几何位置选择节点!对所选择的节点施加位移约束!再恢复选择所有对象FK.4,FY,-5000SFK.6,FY.-5OOOSFK,5.FY.-10000Zrep1otA11seha11so1ve!=进入般的后处理模块!重画图形!选择所有信息（包括所有节点、单元和载荷等）!求解Zpost1P1NSO1,U,Y,0,1.()P1NSO1,U,X,0,1.0!一一-显示线单元轴力一一ETAB1E,barj,SMISC,1ETAB1E,barJ,SMISC,1P11S,BAR,BARQ.5,1finish!后处理!显示Y方向位移!显示X方向位移!画出轴力图!结束!%ANSYS算例3.4.2(2)%end%