有限元基础教程ANSYS算例21及22基于图形界面GUI的桁架桥梁结构分析及命令流

1、【ANSY算例】3IB*基于图形界面的桁架桥梁结构分析 (step by step) 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Old North Park Bridge (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 L=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 P!， P2和 P3，其中 P

2、1= P3=5000 N, P2=10000N，见图 3-23。 图 3-22 位于密执安的Old North Park Bridge (1904 - 1988) Beamh顶逮及僦舉 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(Beam1) 3.83D0 m4 2.1910m2 桥身弦梁(Beam2) 1.8710“ 1.185X10 底梁(Beam3) 8.47X10“ 3.031X10 解答 以下为基于 ANSYS 图形界面(Graphic User In terface , GUI)的菜单操作流程。 (1) 进入 ANSYS (设定工作目

3、录和工作文件) 程序 T ANSYS T ANSYS Interactive 宀 Working directory (设置工作目录) 宀 Initial jobname (设置工作文件名):TrussBridge T Run T OK (2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu : Preferences T Structural T OK (3) 定义单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor f Element Type f Add/Edit/Deletef Addf Beam: 2d elastic 3 f OK (返回到 Element Types

4、 窗口)f Close (4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor f Real Constants -f Add/Edit/Delete f Addf select Type 1 Beam 3 f OK f input Real Constants Set No.:丄,AREA: 2.19E-3 , Izz: 3.83e-6 (1 号实常数用于顶梁和 侧梁)f Apply f input Real Constants Set No. :_2 , AREA: 1.185E-3 , Izz: 1.87E-6 (2 号实常数用于弦杆) f

5、Apply f input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3 , Izz: 8.47E-6 (3 号实常数用于底梁)f OK (back to Real Constants window) f Close (the Real Constants window) (5) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor f Material Props f Material Models f Structural f Linear f Elastic f Isotropic f input EX: 2.1e11, PRX

6、Y: 0(定义泊松比及弹性模量)f OK f Density (定 义材料密度)f input DENS: 7800, f OK f Close (关闭材料定义窗口) (6) 构造桁架桥模型 生成桥体几何模型 ANSYS Main Menu : Preprocessor f Modeling f Create f Keypoints f In Active CS f NPT Keypoint number : 1, X , Y , Z Location in active CS : 0, 0 f Apply f 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

7、,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) )f Lines f Lines f Straight Line f 依次分别连接特征点 f OK 网格划分 ANSYS Main Menu: Preprocessor f Meshing f Mesh Attributes f Picked Lines f 选择桥顶梁 及侧梁 f OK f select REAL: , TYPE: 1 f Apply f

8、选择桥体弦杆 f OK f select REAL: 2, TYPE: 1_ f Apply f 选择桥底梁 f OK f select REAL: 3, TYPE:1_ f OK f ANSYS Main Menu : Preprocessor f Meshing f MeshTool f 位于 Size Controls下的 Lines： Set f Element Size on Picked f Pick all f Apply f NDIV : 1 f OK f Mesh f Lines f Pick all f OK (划分网格) (7) 模型加约束 ANSYS Main Menu

9、: Solution f Define Loads f Apply f Structural f Displacement f On Nodes f 选取桥身左端节点 f OK f select Lab2: All DOF (施加全部约束)f Apply f 选取桥身右 端节点 f OK f select Lab2: UY(施加 Y 方向约束)f OK (8) 施加载荷 ANSYS Main Menu: Solution f Define Loads f Apply f Structural f Force/Moment f On Keypoints f 选取底梁上卡车两侧关键点( X坐标为

10、12及 20) f OK f select Lab: FY, Value: -5000 f Apply f 选取底梁上卡车中部关键点 (X坐标为 16) f OK f select Lab: FY, Value: -10000 f OK f ANSYS Utility Menu : f Select f Everything (9) 计算分析 ANSYS Main Menu : Solution f Solve f Current LS f OK (10) 结果显示 ANSYS Main Menu : General Postproc f Plot Results f Deformed sha

11、pe f Def shape only f OK (返回至U Plot Results) f Contour Plot f Nodal Solu f DOF Solution, Y-Component of Displacement f OK (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 ANSYS Main Menu f General Postproc f Element Table f Define Table f Add f Lab: bar_I, By sequence num: SMISC,1 f OK f Close 定义线性单元 J节点的轴力 A

12、NSYS Main Menu f General Postproc f Element Table f Define Table f Add f Lab: bar_J, By sequence num: SMISC,1 f OK f Close 画出线性单元的受力图(见图 3-24(b) ANSYS Main Menu f General Postproc f Plot Results f Contour Plot f Line Elem Res f LabI: bar_I, LabJ: bar_J, Fact: 1 f OK (11)退出系统 ANSYS Utility Menu : Fil

13、e f Exit f Save Everything f OK 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) % begin % K,1,0,0, $ K,2,4,0, $ K,3,8,0, $K,4,12,0, $K,5,16,0, $K,6,20,0, $K,7,24,0, $K,8,28,0, $K,9,32,0, $K,10,4,5.5, $K,11,8,5.5, $K,12,12,5.5, $K,13,16,5.5, $K,14,20,5.5, $K,15,24,5.5, $K,16,28,5.5, !-通过几何点生成桥底梁的线 L,1,2

14、 $L,2,3 $L,3,4 $L,4,5 $L,5,6 $L,6,7 $L,7,8 $L,8,9 !-生成桥顶梁和侧梁的线 L,9,16 $L,15,16 $L,14,15 $L,13,14 $L,12,13 $L,11,12 $L,10,11 $L,1,10 !生成桥身弦杆的线 基于命令流方式的桁架桥梁结构分析 !-注：命令流中的符号$， /prep7 /PLOPTS,DATE,0 !=设置单元和材料 可将多行命令流写成一行 !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

15、义材料泊松比 !定义材料密度 (a)桥梁中部最大挠度值为 0.003 374m (b)桥梁中部轴力最大值为 25 380N L,2,10 $L,3,10 $L,3,11 $L,4,11 $L,4,12 $L,4,13 $L,5,13 $L,6,13 $L,6,14 $L,6,15 $L,7,15 $L,7,16 $L,8,16 !-选择桥顶梁和侧梁指定单元属性 LSEL,S,9,16,1, LATT,1,1,1, ! - 选择桥身弦杆指定单元属性 LSEL,S,17,29,1, LATT,1,2,1, ! - 选择桥底梁指定单元属性 LSEL,S,1,8,1, LATT,1,3,1, ! 划分

16、网格 AllSEL,all LESIZE,all,1,1 LMESH,all != 在求解模块中，施加位移约束、 /solu NSEL,S,LOC,X,0 D,all,ALL, AllSEL,all NSEL,S,LOC,X,32 D,all,UY , ALLSEL,all ! 基于几何关键点施加载荷 FK,4,FY ,-5000 $FK,6,FY ,-5000 /replot Allsel,all solve != 进入一般的后处理模块 /post1 PLNSOL, U,Y , 0,1.0 PLNSOL, U,X, 0,1.0 !- 显示线单元轴力 - ETABLE,bar_I,SMISC, 1 ETABLE,bar_J,SMISC, 1 PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1