有限元基礎(chǔ)教程ANSYS算例21及22基于圖形界面GUI的桁架橋梁結(jié)構(gòu)分析及命令流

1、【ANSY算例】3IB*基于圖形界面的桁架橋梁結(jié)構(gòu)分析 (step by step) 下面以一個(gè)簡(jiǎn)單桁架橋梁為例，以展示有限元分析的全過程。背景素材選自位于密執(zhí) 安的Old North Park Bridge (1904 - 1988)，見圖 3-22。該桁架橋由型鋼組成，頂梁及側(cè)梁， 橋身弦桿，底梁分別采用 3 種不同型號(hào)的型鋼，結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 3-6。橋長(zhǎng) L=32m,橋高 H=5.5m。 橋身由 8 段桁架組成，每段長(zhǎng) 4m。該橋梁可以通行卡車，若這里僅考慮卡車位于橋梁中間 位置，假設(shè)卡車的質(zhì)量為 4000kg，若取一半的模型，可以將卡車對(duì)橋梁的作用力簡(jiǎn)化為 P!， P2和 P3，其中 P

2、1= P3=5000 N, P2=10000N，見圖 3-23。 圖 3-22 位于密執(zhí)安的Old North Park Bridge (1904 - 1988) Beamh頂逮及僦舉 表 3-6橋梁結(jié)構(gòu)中各種構(gòu)件的幾何性能參數(shù) 構(gòu)件 慣性矩 m4 橫截面積 m2 頂梁及側(cè)梁(Beam1) 3.83D0 m4 2.1910m2 橋身弦梁(Beam2) 1.8710“ 1.185X10 底梁(Beam3) 8.47X10“ 3.031X10 解答 以下為基于 ANSYS 圖形界面(Graphic User In terface , GUI)的菜單操作流程。 (1) 進(jìn)入 ANSYS (設(shè)定工作目

3、錄和工作文件) 程序 T ANSYS T ANSYS Interactive 宀 Working directory (設(shè)置工作目錄) 宀 Initial jobname (設(shè)置工作文件名):TrussBridge T Run T OK (2) 設(shè)置計(jì)算類型 ANSYS Main Menu : Preferences T Structural T OK (3) 定義單元類型 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) 定義實(shí)常數(shù)以確定梁?jiǎn)卧慕孛鎱?shù) 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 號(hào)實(shí)常數(shù)用于頂梁和 側(cè)梁)f Apply f input Real Constants Set No. :_2 , AREA: 1.185E-3 , Izz: 1.87E-6 (2 號(hào)實(shí)常數(shù)用于弦桿) f

5、Apply f input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3 , Izz: 8.47E-6 (3 號(hào)實(shí)常數(shù)用于底梁)f OK (back to Real Constants window) f Close (the Real Constants window) (5) 定義材料參數(shù) 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(定義泊松比及彈性模量)f OK f Density (定 義材料密度)f input DENS: 7800, f OK f Close (關(guān)閉材料定義窗口) (6) 構(gòu)造桁架橋模型 生成橋體幾何模型 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 同樣輸入其余 15 個(gè)特征點(diǎn)坐 標(biāo)(最左端為起始點(diǎn)，坐標(biāo)分別為 (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 依次分別連接特征點(diǎn) f OK 網(wǎng)格劃分 ANSYS Main Menu: Preprocessor f Meshing f Mesh Attributes f Picked Lines f 選擇橋頂梁 及側(cè)梁 f OK f select REAL: , TYPE: 1 f Apply f

8、選擇橋體弦桿 f OK f select REAL: 2, TYPE: 1_ f Apply f 選擇橋底梁 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 (劃分網(wǎng)格) (7) 模型加約束 ANSYS Main Menu

9、: Solution f Define Loads f Apply f Structural f Displacement f On Nodes f 選取橋身左端節(jié)點(diǎn) f OK f select Lab2: All DOF (施加全部約束)f Apply f 選取橋身右 端節(jié)點(diǎn) f OK f select Lab2: UY(施加 Y 方向約束)f OK (8) 施加載荷 ANSYS Main Menu: Solution f Define Loads f Apply f Structural f Force/Moment f On Keypoints f 選取底梁上卡車兩側(cè)關(guān)鍵點(diǎn)( X坐標(biāo)為

10、12及 20) f OK f select Lab: FY, Value: -5000 f Apply f 選取底梁上卡車中部關(guān)鍵點(diǎn) (X坐標(biāo)為 16) f OK f select Lab: FY, Value: -10000 f OK f ANSYS Utility Menu : f Select f Everything (9) 計(jì)算分析 ANSYS Main Menu : Solution f Solve f Current LS f OK (10) 結(jié)果顯示 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 (顯示 Y方向位移 UY)(見圖 3-24(a) 定義線性單元 I節(jié)點(diǎn)的軸力 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 定義線性單元 J節(jié)點(diǎn)的軸力 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 畫出線性單元的受力圖(見圖 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)退出系統(tǒng) ANSYS Utility Menu : Fil

13、e f Exit f Save Everything f OK 圖 3.24桁架橋撓度 UY以及單元軸力計(jì)算結(jié)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, !-通過幾何點(diǎn)生成橋底梁的線 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 !-生成橋頂梁和側(cè)梁的線 L,9,16 $L,15,16 $L,14,15 $L,13,14 $L,12,13 $L,11,12 $L,10,11 $L,1,10 !生成橋身弦桿的線 基于命令流方式的桁架橋梁結(jié)構(gòu)分析 !-注：命令流中的符號(hào)$， /prep7 /PLOPTS,DATE,0 !=設(shè)置單元和材料 可將多行命令流寫成一行 !進(jìn)入前處理 !設(shè)置不顯示日期和時(shí)間 !定義單元類型 !定義 1號(hào)實(shí)常數(shù)用于頂梁側(cè)梁 !定義 2號(hào)實(shí)常數(shù)用于弦桿 !定義 3號(hào)實(shí)常數(shù)用于底梁 !定義材料彈性模量 !定

15、義材料泊松比 !定義材料密度 (a)橋梁中部最大撓度值為 0.003 374m (b)橋梁中部軸力最大值為 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 !-選擇橋頂梁和側(cè)梁指定單元屬性 LSEL,S,9,16,1, LATT,1,1,1, ! - 選擇橋身弦桿指定單元屬性 LSEL,S,17,29,1, LATT,1,2,1, ! - 選擇橋底梁指定單元屬性 LSEL,S,1,8,1, LATT,1,3,1, ! 劃分

16、網(wǎng)格 AllSEL,all LESIZE,all,1,1 LMESH,all != 在求解模塊中，施加位移約束、 /solu NSEL,S,LOC,X,0 D,all,ALL, AllSEL,all NSEL,S,LOC,X,32 D,all,UY , ALLSEL,all ! 基于幾何關(guān)鍵點(diǎn)施加載荷 FK,4,FY ,-5000 $FK,6,FY ,-5000 /replot Allsel,all solve != 進(jìn)入一般的后處理模塊 /post1 PLNSOL, U,Y , 0,1.0 PLNSOL, U,X, 0,1.0 !- 顯示線單元軸力 - ETABLE,bar_I,SMISC, 1 ETABLE,bar_J,SMISC, 1 PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1