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1、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=。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Pi ,P2和 P3 ,其中 P1= P3=5000 N, P2=10000N,见图 3-
2、23。图 3-22 位于密执安的Old North Park Bridge (1904 - 1988)顺梁及询梁I 力fK图3-23桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)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)3.83 10 6m4322.19 10 m桥身弦梁(Beam2)1.87 10 61.185 10 3底梁(Beam3)8.47 10 633.031 10解答 以下为基于 ANSYS图形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。(1)进入ANSYS (设定工作目录和工作文件)程序-ANSYS f AN
3、SYS Interactive f Working directory (设置工作目录)-Initial jobname (设置工作文件名):TrussBridge f Run - OK(2)设置计算类型ANSYS Main Menu : Preferences Structural f OK(3)定义单元类型ANSYS Main Menu： Preprocessor f Element Type f Add/Edit/Delete fAddfBeam: 2d elastic 3 f OK (返回到 Element Types 窗口)f Close (4)定义实常数以确定梁单元的截面参数ANS
4、YS Main Menu: Preprocessor f Real Constants Add/Edit/Delete - Add fselect Type 1 Beam 3 - OK - input Real Constants Set No. : 1 , AREA: ,Izz: (1 号实常数用于顶梁和侧梁 )- Apply finput Real Constants Set No. : 2 , AREA: , Izz: (2 号实常数用于弦杆)-Apply f input Real Constants Set No. : 3, AREA: , Izz: (3 号实常数用于底梁)fOK (
5、back to Real Constants window)- 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 fElastic f Isotropic f input EX: , PRXY:(定义泊松比及弹性模量)-OK f Density (定义材料密 度)-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AN
6、SYS 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 - 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), (8,0), (12,0), (16,0), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4, (8, (12,(20,(24, (28,) f Lines f Lines f Straight Li
7、ne -依次分别连接特征点 fOK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OK - select REAL: , TYPE: 1 - Apply f选择桥体弦杆 fOK f select REAL: 2, TYPE: 1_ f Apply f选择桥底梁OK f select REAL: 3上 TYPE:1 _ f OK f ANSYS Main Menu : Preprocessor - Meshing - MeshTool - 位于 Size Controls
8、 下的 Lines ： Set - Element Size on Picked fPick all f Apply f NDIV ： 1 f OK - Mesh - Lines f Pick all f OK (划分网格) (7)模型加约束ANSYS Main Menu: Solution f Define Loads f Apply f Structural f Displacement f On Nodes f 选取桥身左端节点fOK - select Lab2: All DOF (施加全部约束)-Apply f 选取桥身右端节点 fOK - select Lab2: UY_(施加丫方向
9、约束)-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12及20) - OK f select Lab: FY , Value: -5000 fApply f选取底梁上卡车中部关键点 (X坐标为16) - OK f select Lab: FY , Value: -10000 f OK fANSYS Utility Menu : f Select f Everything (9)计算分析ANSYS
10、Main Menu : Solution f Solve f Current LS f OK (10)结果显不ANSYS Main Menu : General Postproc f Plot Results f Deformed shape f Def shape only f OK (返回到 Plot Results ) - Contour Plot f Nodal Solu f DOF Solution, Y-Component of Displacement fOK (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
11、 Postproc f Element Table f Define Table f Add - Lab: bar_I, By sequence num: SMISC,1 f OK - Close定义线性单元J节点的轴力ANSYS Main Menu f General Postproc f Element Table f Define Table f Add - Lab:bar_J, 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 f General Postproc f Plot Results f
12、Contour Plot f Line Elem Res -Labi: bar_I, LabJ: bar_J, Fact: 1 f OK(11)退出系统ANSYS Utility Menu : File f Exit - Save Everything f OKKUMI Hl(a)桥梁中部最大挠度值为374m(b)桥梁中部轴力最大值为 25 380N图桁架桥挠度UY以及单元轴力计算结果BHYHB基于命令流方式的桁架桥梁结构分析!% ANSYS 算例% begin %!一一注：命令流中的符号$,可将多行命令流写成一行/prep7 /PLOPTS,DATE,0 !=设置单元和材料ET,1,BEAM
13、3R,1, R,2,0,0,0,0, R,3,0,0,0,0,MP,EX,1,MP,PRXY,1, MP,DENS,1,7800 !-一定义几何关键点!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!定义材料泊松比!定义材料密度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, $K,10,4,$K,11,8, $K,12,12, $K,13,16, $K,14
14、,20, $K,15,24, $K,16,28,!-通过几何点生成桥底梁的线L,1,2 $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!一一生成桥身弦杆的线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 !一一选择桥顶梁和侧梁指定单
15、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,!一一划分网格AllSEL,allLESIZE,all,1,1LMESH,all!=在求解模块中，施加位移约束、/soluNSEL,S,LOC,X,0D,all,ALL,AllSEL,allNSEL,S,LOC,X,32D,all,UY,ALLSEL,all!-基于几何关键点施加载荷!再恢复选择所有对象!对所有对象进行单元划分前的分段设置!对所有几何线进行单元划分外力，进行求解!根据几何位置选择节点!根据几何位置选择节点!对所选择的节点施加位移约束!再恢复选择所有对象FK,4,FY,-5000 $FK,6,FY,-5000 $FK,5,FY,-10000/replotAllsel,
