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400X400X16X16上下弦2工字形400X400X12X12横向连接梁2工字形400X400X12X12其他腹杆3工字形400X300X12X12所用材料属性如下表:B GUI 操作方法1.创建物理环境1）

2、过滤图形界面：GUI : Main Menu Preferences,弹出Preferences for GUI Filtering ” 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 Menu File Change Title，在弹出的对话框中输入“Truss Bridge Static参数弹性模量 EX表 6-3 材料属性钢材2.1X1011混凝土3.5X1010泊松比 PRXY0.30.1667密度 DENS78502500图 6-15 钢桁架桥简图Analysis”，单击“ OK”。如图 6-16 (a)。

3、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)。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 : Main MenuPreprocessorElement Type Add/Edit/Delete ，弹出Element Types” 单元类型对话框，单击 Add ”按钮，弹出Library of Element

4、 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“Ok”， 定义了 “BEAM188 ” 单元， 如图 6-17。 继续单击 “Add ” 按钮， 弹出 “Library of ElementTypes”单元类型库对话框。在该对话框左面滚动栏中选择“Structural Shell”，在右边的滚动栏中选择“ Elastic 4node 181 ”，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

5、库对话框Type234ELL1E1HCCTint MW叫曲*.DLMBTFT-311-.1-71Z-Q3电牌L峠曲血的-.Ji5Z-QSID4HM4I ItnfiJUpbil 2Cntvi NuBeam Common Sections，弹出Beam Tool” 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 6-18 单元类型对话框白 kliAJisrr

6、iUCAECmx rsrldB PreprocessorMaterial PropsMaterial Models ,弹出“Define MaterialModel Behavior ”对话框，在右边的栏中连续双击 “StructuralLinear ElasticIsotropic ”后, 弹出Linear Isotropic Properties for 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“ 2.1e11”，“PRXY ”后面的输入栏输入“ 0.3”，单击“ OK”。T4T1 niHUHTB JULtUI nrH.3

7、z-aj 43VD .!-41-a4VlEMTi? -ED：l-aSTEIMh CiffUISA,-E逵讪 伽垃 T-.KBE-l-SCfinjupid 1neu: CcDteE HF LBtieaA：raci. TTJ3IHUr-sxx. T -. 1W-UUitx CDensity”，弹出Density 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 Ma

8、terial 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“ 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。图 6-23 设置弹性模量和泊松比图 6-24 设置密度图 6-25 定义材料属性

9、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。继续执行 GUI : Utility Menu Modeling Copy Nodes Cop

10、 ，在“ Copy nodes” 对话框 中单击“ Pick All ”，在弹出的对话框中，如图 6-26（ c）填写。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“ Copy nodes” 对话框，在 ANSYS 主窗口中用箭头选择 2、6、0 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 M

11、enu Model in g Copy Nodes Cop，弹出“ Copy 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。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：图 6-26（ a） 建立节点图 6-26（ b） 复制节点选择第一种单元属性：GUI : Utility Me nu Model in g CreateEleme nts Elem

12、Attributes，弹出Eleme ntAttributes ”对话框，如图 6-28 所示。单击OK”关闭窗口。图 6-28 选择单元属性建立端斜杆梁单元：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。选择第二种单元属性：GUI : Utility Me nu Model in g Create Eleme nts Elem At

13、tributes，弹出Eleme ntAttributes ”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

14、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 ntAttributes ”对话框，“SECNUM ”项中选择“ 3 FU”，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：Utility MenuModeling Create Elements AutoNumbered

15、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 Menu Preprocessor SectionsShell Lay-upAdd/Edit，弹出 Create and ModifyShell Sections ” 工具条，在 “name” 后输入“ ban”，“ID” 后输入

16、“ 4”，“Thickness” 后香ANfax * m申rJIX3JK- 1ID图 6-29 建立端斜杆梁单元输入“ 0.3”，单击“ OK”。4）选择第四种单元属性：GUI : Utility Me nu Model in g Create Eleme nts Elem Attributes，弹出“ Eleme ntAttributes ”对话框，“TYPE ”项选择“ 2 SHELL181 ”，“ MAT ”项选择“ 2”，“SECNUM ”项中选择“ No Section”，“TSHAP”项选择“ 4 node quad”，其他选项不变。单击“ OK”关闭窗口。建立桥面板单元：GUI

17、: Utility MenuModeling CreateElements 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。一AN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 MenuPreprocessorModel in g Reflect Nodes，弹出“ Reflect Nodes ”选择对话框，单击“ Pick All ”。在第二个对话框中，选择“ Y

18、-Z plane ”，“INC ”项填写“14”。单 击“OK”关闭对话框。“AN3* = X=.Lit2”、:? *14图 6-31 桥单元生成对称单元：GUI : Main MenuPreprocessor Modeling Reflect Elements 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 MenuPreprocessor Numbering Ctrls Merge Items ，弹出

19、 “ Merge Coincidentor Equivalently Defined Items”对话框，“Label” 项选择“ All ”，单击“ OK”关闭窗口。女口 图6-32。压缩编号：GUI : Main MenuPreprocessorNumbering Ctrls Compress Number ，弹出CompressNumbers”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； Utility Menu File Save as，弹出一个“ Save Database对话框，在 “SaveDatabase to下面输入栏中

20、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 Menu 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

21、” 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“DOFs to be constrained ”项中选择“ UY , UZ ”，单击“ OK”关闭窗口。结果如图 6-35。CC* 1ft- 1 JTHIQJitjMhl M.t Cm 込如itilijxijiiaiyLidl1-441也TainiffKldvbCifiTPhMHG lire* i*iwicmiilaax lwi-it/hiiltrfit:?-C jiflMlrApiiKT |t士al1 . t ._._ A、/ .A 图 6-32 合开里合节点和单兀图 6-35

22、 施加位移约束后的模型图 6-33 压缩编号图 6-34 设置节点位移约束图 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 : Main MenuSolution Define Losads ApplyStructuralForce/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 M

23、enuSolution 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6-37。4.求解1）选择分析类型：GUI : GUI : Main MenuSolution Analysis Type New 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 Sol

24、ve 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 done ”对话框。t&ppLjr P/K on口den-.mnn:ANBI T 1 IWT：!)皿血皿zz士LT闻SOLUIIOHOPT1 0 N t八. wDECREES w FHGEpori _ * .urMOIK同和MOnmLVEIfi TYFE.BTlITrC OP Tttfi LMh趴鼻卡.甲_甲E

25、FALHrIKEItJ 1A4 鸠ie曾XA CEL . .B.HIkHil1U.UHMId.HUFflIHT -OUTPUT iWTROU.HO FimoirWAimri WTFUJ CQWTBQLiS, ，*aLL MTA URIITEMFORTHE URI XURRTEPv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 ResultsDeformed Shape ,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

26、2)云图显示位移：GUI : Main MenuGe neral Postproc Plot Results Co ntour Plot Nodal 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“OK”显示云图。各节点总体位移结果云图如图6-41。3）矢量显示节点位移：GUI : Main MenuGe neral Postproc Plot ResultsVector Pl

27、otPredefi ned， 弹出一个 “ VectorPlot 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。图 6-40 选择云图显示数据图 6-41 总位移云图显示4）显示结构内力图:? 定义单元表：GUI : Main MenuGeneral Postproc Element TableDefine Table ，弹出一个Element TableData”对话框，单击Add”，弹出Define Additional Ele

28、ment Table Items ”对话框， 在Lab项中填写zhou（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_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

29、 , 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“ Element Table Data”对话框。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，图 6-42 节点位移矢量显示定义单元表的时

30、候，根据需要输出的量查找对应的序 号进行输入。图 6-44 BEAM4 单元表 6-4 BEAM4 单元表条目与序号输出量项目I 节点序号J 节点序号MFORX（炕向力）SMISC17MFORY（Y 方向力）SMISC28MFORZ（Z 方向力）SMISC39MMOMX（方向力矩）SMISC410MMOMY（方向力矩）SMISC511MMOMZ（方向力矩）SMISC612列表单元表结果GUI : Main MenuGeneral Postproc Element TableList Elem Table，弹出一个ListElement Table Data”对话框，选择刚才定义的内力名称“ZH

31、OU，ZHOU_J , JIAN,JIAN_J ,WAN，WAN_J ”，单击“ OK ”，弹出文本列表“ PRETAB Comma nd ”，显示了每个单元的 节点内力。如图 6-45。厂-0 FKETinL14LJLinLNE LAULJL 11IJTK F1LIHP0SI1 CLEHeNlLin1 IMG；皿士TAIcuniRENrcuKiorrCUIRliEHlOJRJ1EMTCURREMTOJRREMITtLmJJrflH.JWBM.Ji2J斗fc+4i .-rim用4-9143.1丹刖.1-91M.?-iat77-寻5575T55V75-.-?315at4Wi6,612fli78r

32、&WITfi Plot Results Contour Plot Line Elem Res ，弹出 “PlotLine-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”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”和“ WAN_J ”，显示剪力图。由于本算例中

33、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 MenuGeneral Postproc List ResultsNodal Solution ,弹出一个 List NodalSolution”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“ Exit

34、 from ANSYS ”对话框，选取 一种保存方式，单击“ OK”，则退出 ANSYS 软件。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, CENTSECDATA,0.4,0.4,0.4,0.016,0.016,0.016,0,0,0,0SECTYPE, 2, BEAM, I, XIANHENG, 0SECOFFSET

35、, 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 1 号材料弹性模量 * !*定义

36、 1 号材料泊松比 * !* 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 * !* 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, , ,-10,1,!* 建立节点 * !* 复制节点 * !*复制节点 * !* 复制节点 * !* 复制节点 *TYPE,1MAT,1REAL,1ESYS,0SECNUM,1TSHAP,LINEE,11,14E,12,13!*选择 1 号单元类型 * !* 选择1 号材料 * !* 选择 1 号实常数* !* 单元