根据ANSYS的桥梁分析

1、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 X 400 X 16X 16上下弦2工字形400 X 400 X 12X 12横向连接梁2工字形400 X 400 X 12X 12其他腹杆3工字形400 X 300 X 12X 12所用材料属性如下表:参

2、数弹性模量EX泊松比PRXY密度DENS表6-3材料属性 钢材2.1 X 10110.37850混凝土3.5 X 10100.16672500B GUI操作方法1. 创建物理环境1）过滤图形界面：GUI : Ma in Me nu P refere nces,弹出P refere nces for GUI Filteri ng ” 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 : Utility MenuFile Change Title，在弹出的对话框中输入Truss Bridge StaticAnalysis”，单击“ OK

3、”。如图 6-16(a)。指定工作名：GUI : Utility Me nu File Cha nge Job name，弹出一个对话框，在 En ter new Name ”后 面输入Structural”，“New log and error files ”选择 yes，单击OK”。如图 6-16 (b)。53JabiinriiKsmsnfxw Im si 中fjUs?ptrnrLur !fH dinnff Till cIXr.lTrn ETttrti+lThhEE1OEIIg 1(a)定义工作标题图 6-16图6-16 (b)指定工作名3) 定义单元类型和选项：GUI : Main Me

4、nuPreprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete ，弹出Element Types” 单元类型对话框，单击Add ”按钮，弹出Library of Element Types ”单元类型库对话框。 在该对话框左面滚动栏中选择Structural Beam ”，在右边的滚动栏中选择3D 188 ”，单击Structural Shell”，在右边的滚 SHELL181 ”单元。得到如图6-18“Ok”，定义了 “BEAM188 ” 单元，如图 6-17。继续单击 “Add ” 按钮，弹出 “Library of Element Typ es ”单元类型库对话框。

5、在该对话框左面滚动栏中选择“ 动栏中选择“ Elastic 4node 181 ”，单击“ OK”，定义了 所示的结果。最后单击“ Close”，关闭单元类型对话框。Only xtri_zturAl e- -pment typer- jrc- showSlTdctLiral Miins*PipSo-dgl d-Ugltian-wit typ r-Dfrafica rLimkorex图6-17单元类型库对话框CLudC图6-18单元类型对话框4）定义梁单元截面:GUI : Main MenuPreprocessor SectionsBeam Common Sections，弹出“ Beam To

6、ol”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 ”。 eg T Hezs(IKClaw每次定义好截面之后，点击“面特性如下图6-20 :I4D-1OKClQtCHEID图6-19定义三种截面oir*cT ici -tIJil - rTIWklgIwiWJ财H1njdi語1UJCl?仔1D 012I0丄hgr:rirt#dK 1SPWCnwcHrrvlwliiclpMrnlilrw必T卅flPreview ”可以观察截面特性。在本模型中三种工字钢截BECnM【PU?uI/ITLniEUPTpdLbhd】T

7、TpHTO-MpIT-i7iz-a-UCE-UInEnW 业iVTjdcz-ru电聲I*沱Y.nsc-i-bthUPLd S.L2C-PBtuu tmtu Z工Etui C4LI TT-呵JP9vivEVEJ- TIjra-u314U Cdej_ ZEIHaiTTTamau-自 uqUBV _12E-D3Vfeip ViLJ- 北cc-a旨TEJhn fMKM -MiE-as T .Z-UE-LTLLbUaid XSbi u tnLE . tr 异5冃Uhi Coec. nSbitz Cdxe.竺 VZ)UlITV33 .=-4LE-a-tPiip-i-nvTieim 4n#iKhi -丄迈T

8、H汕tinil r -KEC-I?1_ n1 KBhC4d.T-.?rr-n5i CantvM KH1C41 roLi. rtSiaux Caxx.沁2 iGLE,二3 .怦I)图6-20三种截面图及截面特性5）定义材料属性:GUI : Main Menu Preprocessor Material PropsMaterial Models ,弹出 “Define MaterialModel Behavior ”对话框，在右边的栏中连续双击 “Structural Linear Elastic Isotropic ”后, 弹出“ Linear Isotropic Properties for

9、Material Number 1” 对话框，如图 6-23 所示，在该对话框中“ EX”后面的输入栏输入“ 2.1elT，“PRXY ”后面的输入栏输入“ 0.3”，单击“ OK ”。FJ ji-ncmrriMhI- r iijic!牛产 Cor Istr-r- -furLun lavkJ-vkJ l Vwt iI ji1iLa IlMIILDESSw 4t.Gt Ql图6-23设置弹性模量和泊松比DK (I “Bl IIHdp图6-24设置密度继续在“ Define Material Model Behavior ”对话框，在右边的栏中连续双击“StructuralDensity”，弹出D

10、ensity for Material Number 1 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。“ Define MaterialModel Behavior ”对话框的 Material菜单中选择“ New model”，按照默认的材料编号，点击 “OK”。这时 “Define Material Model Behavior ”对话框左边出现 “Material Model Number 2 ”同第一种材料的设置方法一样,“Linear Isotropic ”中“

11、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 “ Define MaterialModel Behavior ”对话框。hc-d I d. ndip-kn V k. U mr “能廿 hRd Beef “斗 PricK iPrt 3II H毫Ihb Th-U I U.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 : Utility MenuModeling CreateNodesIn Active CS ，弹出 “Create Nodes in ActiveCS”对

12、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 : Utility Menu Modeling Copy Nodes Cop ，在“ Copy nodes”对话框中单 击“ Pick All”，在弹出的对话框中，如图6-26（ b）填写。（c）填写。继续执行 GUI : Utility Menu Modeling Copy Nodes Cop ，在“ Copy nodes” 对话框 中单击“ Pick All ”，在弹出的对话框中，如图 6-26LDTF- fr1 i T* 0ifEtel Ik li iICSftil Crawlsfl

13、lDEi-Ip1IP11IIII11讪1IKthn：rri+lp建立节点图6-26 （ b） 复制节点图 6-26 (a)图6-26（ c）复制节点图6-27半桥模型的节点继续执行 GUI : Utility Menu Model in g Copy Nodes Cop ，弹出“ Co py nodes” 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 : Utility Men

14、u Model in g Copy Nodes Cop ，弹出“ Co py nodes” 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。6-27。单击“ OK”。最终ANSYS主窗口中出现画面如图2）生成半桥跨单元：选择第一种单元属性：“ OK”关闭窗口。GUI : Utility Me nu Model in g Create Eleme nts Elem Attributes，弹出“ Eleme nt Attrib

15、utes ”对话框，如图 6-28所示。单击Cntfel 宦 lEcnt 舒 numbr11 BEAMaaJMAT h/b百丨 J卫 Ft 口 fiAA fDMun* 丄 dfVUWzJf 0B肢L-RbfiH ru-rwh1duM-3TSI-UVl J 4 darTwrC Uibr站与Fc EnaJCMT 1A啣.血叫irTnh.心史业仃小？1?kiv jP LXT Ri n图6-28 选择单元属性 建立端斜杆梁单元：图6-29建立端斜杆梁单元Attributes ”对话框，“SECNUM ”项中选择“ 3 FU”，其他选项不变。单击“建立上下弦杆和横梁杆梁单元：Utility Menu M

16、odeling CreateNumbered Thru Nodes，弹出“ Elem from Nodes ”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 : Main MenuPreprocessor SectionsShell Lay-upAdd/Edit，弹出 Create and Modify Shell Sections ” 工具条，在 “name” 后输入“ ban”，“ID” 后输入“ 0.3

17、”，单击“ OK”。4）选择第四种单元属性：GUI : Utility MenuModeling Create Elements ElemAttributes ”对话框，“TYPE” 项选择“ 2 SHELL181 ”，“ MAT”后输入“4”，“ Thickness ”Attributes项选择“GUI : Utility MenuModeling Create Elements Auto NumberedThru Nodes，弹出“ Elem from Nodes ”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

18、择第二种单元属性：GUI : Utility Me nu Model in g Create Eleme nts Elem Attributes，弹出“ Eleme nt Attributes ”对话框，“SECNUM ”项中选择“ 2 XIANHENG ”，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 : Utility MenuModeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes，弹出 “ Elem from Nodes ”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

19、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 : Utility Me nu Model in g Create Eleme nts Elem Attributes，弹出“ Eleme nt OK ”关闭窗口。Elements Auto，弹出“ Element 2”，“SECNUM ” 项中选择“ No Section”，“TSHAP”项选择“ 4 node quad”，其他选项不变。单击“

20、 OK”关 闭窗口。建立桥面板单元：GUI : Utility MenuModeling Create Elements Auto NumberedThru Nodes，弹出 “Elem from Nodes ”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。Jri图6-30半桥单元5）生成全桥有限元模型：生成对称节点：GUI : Mai n MenuPrep rocessor Model in g ReflectNodes，弹出Reflect Nodes ”选择 对话框，单击“ Pick Al

21、l ”。在第二个对话框中，选择“ Y-Z plane ”，“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 : Main Me nu Prep rocessor Model in g Reflect Eleme nts Auto Numbered，弹出 “Reflect Elems ”选择对话框，单击“Pick All ”。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 : Main Menu Preprocessor Numbering Ctrls Merge Items ，弹出 “ M

22、erge Coincident or Equivalently Defined Items”对话框，“Label”项选择“ All ”，单击“ OK”关闭窗口。女0 图 6-32。a.或A 1 lb- Jill rtTn 1 ii !J 1亍|卯皿 r 1 VIhl* . rjUALteh V J|ijvd.LLy IiJjudTkp* -r J给、 tvJ-luiTita计1盯idH曲鼻斫片 i-L iUmE、訴Fie* hli方电M1尹ElIXllllUl Iwil卜1曲1尸V5,1 1ir&图6-32合并重合节点和单元图 6-33压缩编号压缩编号：GUI : Main MenuPrepr

23、ocessor Numbering Ctrls Compress NumberNumbers”对话框，“Label”项选择“ All ”，单击“ OK”关闭窗口。如图，弹出“ Compress6-33。7）保存模型文件；Utility MenuFile Save as，弹出一个“ Save Database对话框，在“Save Database to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 : Main M

24、enu Solution Define Losads Apply Structural Displacement On Nodes,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“Apply U , ROT Nodes ” 对话框，“DOFs to be constrained”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2）施加集中力：在跨中两节点处施加集中力荷载。GUI : Main MenuSolution Define Losads Apply St

25、ructuralForce/Moment On Nodes,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“ Apply F/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 : Main MenuSolution Define Losads Apply Structural Inertia Gravity Global ， 弹出“ Apply Acceleration ” 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6-3

26、7。4. 求解1）选择分析类型：GUI : GUI : Main Menu Solution Analysis TypeNew Analysis ，在弹出的 “ New Analysis ” 对话框中选择static选项，点击“ OK”关闭对话框。2）开始求解：GUI : Mai n MenuSolutio n Solve Curre nt LS ，弹出一个名为“ /STATUS Comma nd ” 的文本框，如图6-38，检查无误后，单击“Close”。在弹出的另一个“Solve Current Load Step” 对话框中单击“ OK”。求解结束后，关闭“ Solution is do

27、ne ”对话框。y Cnrt rfcir Inilfl I ErIuT rP alxSOLUTIONNHIWIWAUTV 0F KHKKDDnH .AHHLVtTC TTPFJTflTE*HWhINFAR QFWfFTRIC Kfc-hhJK UFWroM-AAnSUH APTIdU .-, GLOBALLY AEEHBLED miJlEK .X m K Wilx 刖TV HQWtiATicarEPH-QNLfflll Ilir HU WENTlHR AT FHk OP TVE LMJI tWP.iinntA DP 切亞TEPEHAXrrUI HIHBEK CF 阿lUBJUUn ITElUT

28、TOhCH *5TEP fflPMnF poiiKvpimr whuti owHOTLJMIMTE aWLVSIS： IP MUI COhKJLAQLtCCHUETKHC.iHEItJKk LO塢rCEL - 亠亠.亠 ppiKi flUTPUT owrnou . wmnvi wt丁 courmwt.WIHUIhEFAULTfIMxMHHxWHIH0 muTour.ILL WTH UniTTLHFOB THE lAKT SURRTFP 甘l&E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 : Main Menu General Postproc Plot R

29、esultsContour PlotNodal Solu，弹出如图6-40的对话框，选择“ Nodal Solution-DOF Solution- ”后面的选项，其中包括 X、Y、Z各个方向的位移及总体位移，和X、Y、Z各个方向的转角及总体转角。下面的选项分别是：是否显示未变形的模型;变形比例。单击“0K”显示云图。各节点总体位移结果云图如图6-41。图6-38求解信息5. 查看计算结果1)查看结构变形图:GUI : Main MenuGeneral PostprocPlot Results Deformed Shape ，弹出一个如图 6-39(a)所示的对话框，单击“6-39(b)OK

30、”，结果显示如图M I.Wllsh母 ?du.ULLTTrtr辱nw时 讦 iipl-ir*r.rTTT-Cs冲咋平t jf 4i百弔tl-EirrpDa*D.b dF rnLh4 i bb色 T-Cwxpogdt of j-otiJ-iaoX-EnpDa-iD.b dF e-d L hC i m 曲 lUf代匚Ml 3U1歯 3LJiIjrt 7(x141 5iT*jnJ -Ivb 严 byUjlLldodv (丁th HiLK.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 : Mai n MenuGe neral P ost proc Plot Resul

31、tsVector PlotP redefi ned,弹出一个 “Vector Plot of Predefined Vectors ” 矢量画图对话框，在 “ PLVECT ” 项中选取 “ DOF solution ”和“Translation U ”，单击“ OK”，其结果如图6-42所示。4）显示结构内力图：?定义单元表：“Apply ”, “Apply ”, “Apply ”, “Apply ”,“SMISC, 2”。单击 “SMISC, 8”。单击 “SMISC ,6”。单击GUI : Main MenuGeneral Postproc Element TableDefine Tab

32、le ，弹出一个Element Table Data”对话框，单击Add”，弹出Define Additional Element Table Items ”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 “By sequenee num”，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”，下边填写“SMISC, 7”。单击 继续定义单元i节点剪力，在“Lab”项中填写“jian_i ”,下边填写 继续定义单元j节点剪力，在“Lab”项中填

33、写“jian”，下边填写 继续定义单元i节点弯矩，在“Lab”项中填写“wan_i”，下边填写 继续定义单元j节点轴力，在“ Lab ”项中填写“ wan”，下边填写“SMISC，12”。单击“OK ” 关闭对话框。继续单击“ Close”关闭“ Element Table Data”对话框。53nnI mifl-i XlAht GW 11* 議InRri-fl-Ld-J- SLi SLiSLiSuSLi Cel. icT.心-iinrrlzUf In LLhlLinriiLSLEHL*LtflH,LEF%LEFIB.arc. Ju-e IfMl rtilWL?IHi- 6e- TiL?轉 H

34、t-flL底i KT- *1J fn II V.I-1,1 t IIIK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 号进行输入。，弹出一个“ List“ZHOU_I , ZHOU_J , JIAN_I,JIAN_J , “ P RETAB Comma nd ”，显示了每个单元的图6-44 BEAM4单元输出量项目I节点序号J节点序号MFORX（炕向力）SMISC17MFORY（Y方向力

35、）SMISC28MFORZ（Z方向力）SMISC39MMOMX（方向力矩）SMISC410MMOMY（方向力矩）SMISC511MMOMZ（方向力矩）SMISC612表6-4 BEAM4单元表条目与序号?列表单元表结果GUI : Main MenuGe neral P ost proc Eleme nt TableList Elem Table Element Table Data”对话框，选择刚才定义的内力名称WAN_I，WAN_J ”，单击“ OK ”，弹出文本列表节点内力。如图 6-45。FCV:川2APfllHI LLIVUXI lAill.L 11 IfB FLM kLHIIMtf

36、HNII LEh1 I4BU: UtTlW -*SIAICUDH1CUUXTCUKREHTCUKREHILLmaO_JOHMl.JIMH_I1申er叩iW4t.时靖？fL-U2IW伸.百伽J?f.4b-Hl .fl-m*7.-ifitW.WftTt-ft 丄KHE 畋 e 丄-140.4411.8-lit 17-7WiZjty*即75.H775*1247.-a1*咖|8召1-71胖耳-5K4 P8757 4-21tZ1.11-O.l*-P*ir/-la.lt79SE*rT6112-713-fll甜4i4e-aJbal,IJ:H-H*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，以及

37、它们所在的单元。?显示线单元结果GUI : Main MenuGe neral P ost proc Plot Results Con tour Plot Line Elem Res ，弹出“Plot Line-Element Results ”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

38、、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 : Main Menu General Postproc List ResultsNodal Solution ，弹出一个 “List Nodal Solution”对话框，选择 “Nodal Solution-DOF Solution-Displacement vector sum ”，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及出现最

39、大值的节点。Quit”弹出一个如图 6-47所示的“ Exit from ANSYS ”对话框，选取 0K”，则退出ANSYS软件。6. 退出程序单击工具条上的“ 一种保存方式，单击“常！少-疑？+U+5ETJ即4 iT-irrtiicLi- 厂 1口* - Vb 珈11HU图6-47退出ANSYS对话框C命令流实现/TITLE,Truss Bridge Static An alysis/PREP7/COM, Structural!*/PREP7!*ET,1,BEAM188!*ET,2,SHELL181!*SECTYPE, 1, BEAM, I, duan, 0SECOFFSET, CENT

40、SECDATA,0.4,0.4,0.4,0.016,0.016,0.016,0,0,0,0SECTYPE, 2, BEAM, I, XIANHENG, 0SECOFFSET, CENTSECDATA,0.4,0.4,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0SECTYPE, 3, BEAM, I, FU, 0SECOFFSET, CENTSECDATA,0.3,0.3,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0R,4,0.3, , , , , ,MP,EX,1,2.1E11MP,PRXY,1,0.3MP,DENS,1,7850MP,EX,2,3.5E10MP,PRXY,2,0.1667MP,DENS,2,2500!*定义 1 号工字形截面 * !* 截面质心不偏移 *!*1 号截面参数 *!* 定义!* 定义!* 定义!* 定义1 号材料弹性模量 *1 号材料泊松比 *1 号材料密度 *2 号材料弹性模量 *!*定义 2 号材料泊松比 *!* 定义 2号材料密度 *N, ,0,0,-5, , , , NGEN,4,4,ALL, , ,12, , ,1, NGEN,2,1,ALL, , , , ,10,1, NGEN,2,1,2,10,4, ,16, ,1, NGEN,2,1,3,11,4, , ,-