重庆大学土木工程学院2012级有限元ANSYS课程作业

1、桁架桥的杆单元模型与梁单元模型的比较分析该桁架桥模型为一工程实例，其相关参考资料如下：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1。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P1 ，P2和P3 ，其中P1= P3=5000 N, P2=10000N，见图1。通过两种不同的单元建立模型，比较两种不同单元建立的模型在其他条件相同情况的位移和轴力分析。图1 桁架桥的简化平面模型-梁单元(取桥梁的一半) 图2 桁架桥的简化平面

2、模型-杆单元(取桥梁的一半)表1 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顶梁及侧梁桥身弦梁底梁一、BEAM单元模型建模过程如下：(1) 设置工作名称及图形标题 选择菜单项Utility MenuFileChange Jobname，指定分析工作名称为TrussBridge；再通过菜单项Utility MenuFileChange Title，指定图形显示区域的标题为Bridge。(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu：Preferences Structural OK，通过Main Menu：Preprocessor 进入前处理器开始建模。(3) 定义单元类型A

3、NSYS Main Menu：Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. Add Beam: 2d elastic 3 OK Close定义完单元类型关闭窗口。 图1.1 定义单元类型 图1.2定义实常数(4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add select Type 1 Beam 3 OK input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Izz: 3.83e-6(1号实常数用

4、于顶梁和侧梁) Apply input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6 (2号实常数用于弦杆) Apply input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，Izz: 8.47E-6 (3号实常数用于底梁) OK Close。如图1.2 。(5) 定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX

5、: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比及弹性模量) OK Density (定义材料密度) input DENS: 7800, OK Close。如图1.3 。 图1.3定义材料参数(6) 构造桁架桥模型生成桥体几何模型ANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS NPT Keypoint number：1；X，Y，Z Location in active CS：0，0 Apply 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

6、), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4,5.5), (8,5.5), (12,5.5), (), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5)） Lines Lines Straight Line 依次分别连接特征点 OK网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Lines 选择桥顶梁及侧梁 OK select REAL: 1, TYPE: 1 Apply 选择桥体弦杆 OK select REAL: 2, TYPE: 1 Apply 选择桥底梁 OK sel

7、ect REAL: 3, TYPE:1 OK ANSYS Main Menu：Preprocessor Meshing MeshTool 位于Size Controls下的Lines：Set Element Size on Picked Pick all Apply NDIV：1 OK Mesh Lines Pick all OK (划分网格)(7) 模型加约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 选取桥身左端节点 OK select Lab2: All DOF Apply 选

8、取桥身右端节点 OK select Lab2: UY OK(8) 施加载荷ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Keypoints 选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20） OK select Lab: FY，Value: -5000 Apply 选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16） OK select Lab: FY，Value: -10000 OK ANSYS Utility Menu： Select Everything图1.4 桁架桥模型(9) 计算分析ANSYS Mai

9、n Menu：Solution Solve Current LS OK (10) 结果显示ANSYS Main Menu：General Postproc Plot Results Deformed shape Def shape only OK（返回到Plot Results） Contour Plot Nodal Solu DOF Solution, Y-Component of Displacement OK（显示Y方向位移UY）定义线性单元I节点的轴力ANSYS Main Menu General Postproc Element Table Define Table Add Lab:

10、 bar_I, By sequence num: SMISC,1 OK Close定义线性单元J节点的轴力ANSYS Main Menu General Postproc Element Table Define Table Add Lab: bar_J, By sequence num: SMISC,1 OK Close画出线性单元的受力图ANSYS Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Line Elem Res LabI: bar_I, LabJ: bar_J, Fact: 1 OK图1.5 桁架桥Y方向位移图图1.6

11、桁架桥轴力图(11) 退出系统ANSYS Utility Menu：File Exit Save Everything OK计算结果显示：桁架桥Y方向最大位移为0.003375m，最大轴力为25380N 。二、Link单元建模过程如下：(1) 设置工作名称及图形标题 选择菜单项Utility MenuFileChange Jobname，指定分析工作名称为TrussBridge2；再通过菜单项Utility MenuFileChange Title，指定图形显示区域的标题为Bridge-link。(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu：Preferences Structural

12、OK(3) 定义单元类型ANSYS Main Menu：Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. Add Link: 2D spar 1 OK Close定义完单元类型关闭窗口 。 图2.1 定义单元类型 图2.2 定义实常数及界面参数(4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add select Type 1 Beam 3 OK input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Iz

13、z: 3.83e-6(1号实常数用于顶梁和侧梁) Apply input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6 (2号实常数用于弦杆) Apply input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，Izz: 8.47E-6 (3号实常数用于底梁) OK (back to Real Constants window) Close (the Real Constants window)(5) 定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Materi

14、al Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比及弹性模量) OK Density (定义材料密度) input DENS: 7800, OK Close（关闭材料定义窗口）图2.3定义材料参数(6) 构造桁架桥模型生成桥体几何模型ANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active

15、 CS：0，0 Apply 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), (), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5)） Lines Lines Straight Line 依次分别连接特征点 OK网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Lines 选择桥顶梁及侧梁 OK select REAL:

16、 1, TYPE: 1 Apply 选择桥体弦杆 OK select REAL: 2, TYPE: 1 Apply 选择桥底梁 OK select REAL: 3, TYPE:1 OK ANSYS Main Menu：Preprocessor Meshing MeshTool 位于Size Controls下的Lines：Set Element Size on Picked Pick all Apply NDIV：1 OK Mesh Lines Pick all OK (划分网格) 图2.4 网格划分(7) 模型加约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads

17、 Apply Structural Displacement On keypoints 选取桥身左端关键点 OK select Lab2: All DOF Apply 选取桥身右端关键点 OK select Lab2: UY OK(8) 施加载荷ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Keypoints 选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20） OK select Lab: FY，Value: -5000 Apply 选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16） OK select Lab

18、: FY，Value: -10000 OK ANSYS Utility Menu： Select Everything 图2.5 施加约束及荷载(9) 计算分析ANSYS Main Menu：Solution Solve Current LS OK(10) 结果显示ANSYS Main Menu：General Postproc Plot Results Deformed shape Def shape only OK（返回到Plot Results） Contour Plot Nodal Solu DOF Solution, Y-Component of Displacement OK（显示

19、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 General Postproc Element Table Define Table Add Lab: A, By sequence num: SMISC,1 OK Close定义线性单元J节点的轴力ANSYS Main Menu General Postproc Element Table Define Table Add Lab: B, By sequence num: SMISC,1 OK Close画出线性单元的受力图(见图3-24(b)ANSYS Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Line Elem Res LabA: A, LabB: B, Fact: 1 OK(11) 退出系统ANSYS Utility Menu：File Exit Save Everything OK 图2.6 模型Y方向位移图 图2.7 模型轴力图计算结果显示：计算结果显示：桁架桥Y方向最大