ansys参数化设计语言在桥梁问题中的应用

ansys参数化设计语言在桥梁问题中的应用

aniss是世界著名的大型有限分析软件。它包括许多模块：热、液体、电网、结构、热、能源、汽车运输、国防军事力量、电子、土木工程、造船、生物、工具工具、海事能源、原子能、，铁路、公路科学、土木工程、造船、医学、分工、地震、水利、，等。然而,作为通用软件不免在某些专业领域中有所欠缺,如该软件还不具备直接求解桥梁问题的能力。这些不足和欠缺势必会阻碍该软件的推广和使用,因此,实现该软件在桥梁工程中的二次开发与应用是十分迫切的。长期以来,对桥梁问题的求解一般是通过开发相应的有限元分析程序来完成的。而开发桥梁有限元分析程序不仅需要投入大量的人力、物力,而且开发周期长,程序代码的重用率低、不易维护,这些已不能满足桥梁工程技术快速发展的要求。如何使人们从繁琐、单调的常规有限元编程中解脱出来,如何缩短桥梁分析程序的开发周期,已成为桥梁工程界面临的主要问题。针对上述问题,本文提出采用ANSYS提供的二次开发技术进行桥梁问题求解,并将其成功地应用到确定斜拉桥成桥恒载索力中,为今后ANSYS在桥梁工程中的广泛应用奠定了良好的基础,同时也为今后研制和开发大型桥梁分析软件提供了一条新的途径。1亚德斯图勒学院的第二次开发技术1.1uidl的程序ANSYS为用户进行程序界面设计提供了一种专用语言即UIDL(UserInterfaceDesignLanguage)。UIDL是一种程序化的语言,它允许用户改变ANSYS的图形用户界面(GUI)中的一些组项。UIDL提供了一种允许用户灵活使用、按个人喜好来组织设计ANSYS图形用户界面的强有力工具,它在ANSYS的命令重组、架设其他用户程序与ANSYS之间的桥梁方面起到不可低估的作用。1.2apdl的程序功能ANSYS程序设计中,命令后往往带有参数,当结构状态改变时,命令后参数也会有所改变,这时就需要用户重新输入命令。对于简易结构可直接更改命令,但是对于大型或复杂结构,要完全正确地更改并不容易。故ANSYS提供参数设计语言APDL(ANSYSParametricDesignLanguage),以更方便的方式进行程序编辑。ANSYS参数化设计语言APDL是一种解释性语言,可以用来自动完成一些通用性强的任务,也可以根据参数建立模型。此外,APDL还包括其它许多特性,如重复某条命令、宏、条件语句、Do循环以及标量、矢量和矩阵运算等。其中特别值得一提的就是用APDL作为命令式语言创建宏给用户带来了极大的方便。用户可以将经常使用的一些ANSYS命令组成一个宏。当用户执行该宏时,就相当于执行了那些ANSYS命令。宏中除了可以填写ANSYS命令外,还可以调用GUI函数,给变量赋值以及调用另一个宏。因此,宏的灵活运用会给用户在处理复杂问题时提供极大的方便。1.3anasas的开放体系ANSYS提供给用户另一种二次开发技术——UPFs(UserProgrammableFeatures),该项技术充分显示了ANSYS的开放体系。用户不仅可以采用它将ANSYS程序剪裁成符合自己所需的任何组织形式,如可以定义一种新的材料,一个新的单元或者给出一种新的屈服准则,而且还可以编写自己的优化算法,通过将整个ANSYS作为一个子程序调用的方式实现。实际上,ANSYS中的一些用户使用的标准特性就来源于该项技术。此外,ANSYS还在其程序中提供了大量子程序的源代码,用户可以根据自身实际情况选用调整。2基于apdl倾斜桥的初始定标力2.1初始恒载索力法目前国内外斜拉桥确定恒载索力的方法大致有:简支梁体系法、刚性索法、刚性支撑连续梁法、指定应力法以及优化方法(包括力学观点上的优化和经济观点上的优化)等等。本文采用带有形状迭代的零位移法。该方法就是在不断调整斜拉索索力的同时,反复修正斜拉桥的构形,使其最终满足设计要求。这时得到的斜拉索索力即为初始恒载索力,该方法还能包含斜拉桥诸如大位移、梁柱效应等非线性因素的影响。具体步骤如下:(1)输入桥梁结构的基本参数。(2)输入恒载信息并首先假定所有的斜拉索索力为零。(3)采用Newton?Raphson方法进行结构的平衡迭代(包含结构大位移、梁柱效应以及斜拉索垂度效应的影响),求出结构变形以及单元内力。(4)进行形状迭代(a)检查控制点的竖向位移主跨跨径控制点的竖向位移主跨跨径是否小于允许值。(b)如果是小于允许值,则打印计算结果,否则,将此时计算出的斜拉索拉力作为成桥索力,重复步骤(3)、(4)进行计算,直至条件(a)满足为止。2.2结构的有限元分析ANSYS为用户提供了多种二次开发技术,用户可以根据自己的需要,选择相应的二次开发技术。这里我们主要采用它提供的参数化设计语言APDL,将前面介绍的斜拉桥初始恒载索力的确定方法引入到ANSYS软件中,使其具备了斜拉桥初始恒载索力的计算功能。由于ANSYS未直接提供输入初始索力(或者成桥轴力)的方法,因此,调整斜拉桥初始索力的过程必须通过改变结构的初始应变完成。斜拉桥初始应变采用胡克定律计算。具体确定过程如下。(1)编写包含桥梁结构基本信息的数据文件。结构基本信息主要指节点信息、单元信息、材料信息、实常数信息(该实常数除了包含结构一般几何特性外,还须包含结构的成桥应变,在开始计算前可对结构中的每一个成桥应变赋初值零)、约束信息以及荷载信息。然后采用下面ANSYS命令输入该数据文件(假定数据文件名是Cab?sty.dat):/INPUT,Cab?sty,dat(2)采用下面ANSYS命令从输入的数据文件中提取单元总数,并定义相应数组(如成桥应变数组、单元轴力数组、单元类型数组):*GET,EMAX,ELEM,0,COUNT!单元总数*DIM,ISTRIN,,EMAX,1!成桥应变数组*DIM,FXX,,EMAX,1!单元轴力数组*DIM,ETYPE,,EMAX,1!单元类型数组(3)采用下面ANSYS命令设置分析类型,求解结构变形及单元内力:ANTYPE,0!指示程序进行静力分析SOLCONTROL,ON!指示程序进行优化非线性分析NLGEOM,ON!指示程序进行几何非线性分析SOLVE!指示程序进行求解(4)进行形状迭代(a)采用ANSYS命令(*GET)从计算结果中提取控制点竖向位移,检查控制点的竖向位移主跨跨径控制点的竖向位移主跨跨径是否小于允许值。(b)如果是小于允许值,则采用ANSYS命令(*CFOPEN和*VWRITE)输出计算结果,否则,将此时计算出的斜拉索拉力作为成桥索力,重新计算结构的成桥应变,采用ANSYS命令(RMODIF)修改实常数,重复步骤(3)、(4)进行计算,直至条件(a)满足为止。3基于anasis的斜拉桥成桥恒载索力按照上面所述的方法,作者采用APDL语言成功地使ANSYS具备了斜拉桥成桥恒载索力的计算功能。并进一步采用UIDL语言实现了GUI用户化,即将斜拉桥成桥恒载索力计算体现到ANSYS的图形界面中去,使用户操作和使用时更方便、更灵活。图1为计算斜拉桥成桥恒载索力的弹出式菜单。图2为输入结构分析参数对话框。运用本文二次开发工作的成果,对文献中的一座对称辐射型斜