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1、桥梁课程设计-ansys梁桥模拟计算.课程名称：桥梁工程B设计题目：ansys梁桥模拟计算（三跨）院系：土木工程系专业：年级：姓名：学号：指导教师：西南交通大学峨眉校区/年月日ansys梁桥模拟计算（三跨）1.绪论1.1设计目的桥梁构造解析计算是特别重要的一门技术。经过本课程设计，掌握一门通用有限元软件解析工具，能够独立对桥梁构造进行静力或动力解析。本课程详细要求掌握通用有限元软件ANSYS,认识其前处理，后办理过程以及单元应用。经过此课程设计的学习，初步拥有独立进行构造解析的能力，从而认识桥梁的详细设计。1.2设计内容及要求桥梁构造建模、确定界线条件、求解、后办理以及解析结论1、认识所采用B
2、eam4等单元的属性和用法；2、对桥梁进行构造失散化，建立三维有限元数值模型；3、正确地对桥梁有限元模型设定界线条件；4、掌握数值解析静力或动力求解方法；5、对计算结果进行后办理，掌握基本作图软件应用；6、对计算结果进行解析，得出结论。第1页2.有限元解析2.1简介有限元解析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看作是由好多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，尔后推导求解这个域总的满足条件(如构造的平衡条件），从而获取问题的解。这个解不是正确解，而是近似解，由于实责问题被较简单的问题所代替。由于大多数实责问题难以获取正确解，而有限元不但计算精度高
3、，而且能适应各种复杂形状，所以成为卓有收效的工程解析手段。有限元是那些会集在一起能够表示实质连续域的失散单元。有限元的看法早在几个世纪前就已产生并获取了应用，比方用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是近来的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的构造强度计算，并由于其方便性、合用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经很短短数十年的努力，随着计算机技术的迅速发展和普及，有限元方法迅速从构造工程强度解析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛而且合用高效的数值解析方法。在解偏微分方程的过程中,主要的难点是如何构造一个方
4、程来逼近原来研究的方程,而且该过程还需要保持数值牢固性.目前有好多办理的方法，他们各有利弊.当地域改变时(就像一个界线可变的固体),当需要的精确度在整个地域上变化,也许当解缺少圆滑性时,有限元方法是在复杂地域(像汽车和输油管道)上解偏微分方程的一个很好的选择.比方,在正面碰撞仿真时,有可能在重要地域(比方汽车的前部)增加起初设定的精确度并在车辆的尾端减少精度(这样能够减少仿真所需耗资);另一个例子是模拟地球的天气模式,起初设定陆地部分的精确度高于广阔海洋部分的精确度是特别重要的2.2方法步骤关于不相同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，可是详细公式推导和运算求解不相同。有
5、限元求解问题的基本步骤平时为：第2页第一步：问题及求解域定义：依照实责问题近似确定求解域的物理性质和几何地域。第二步：求解域失散化：将求解域近似为拥有不相同有限大小和形状且相互相连的有限个单元组成的失散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网格越细）则失散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，所以求解域的失散化是有限元法的核心技术之一。第三步：确定状态变量及控制方法：一个详细的物理问题平时能够用一组包括问题状态变量界线条件的微分方程式表示，为合适有限元求解，平时将微分方程化为等价的泛函形式。第四步：单元推导：对单元构造一个合适的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括
6、选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的失散关系，从而形成单元矩阵（构造力学中称刚度阵或柔度阵）。为保证问题求解的收敛性，单元推导有好多原则要依照。对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与拘束。比方，单元形状应以规则为好，畸形时不但精度低，而且出缺秩的危险，将以致无法求解。第五步：总装求解：将单元总装形成失散域的总矩阵方程（联合方程组），反响对近似求解域的失散域的要求，即单元函数的连续性要满足必然的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可能的话）连续性建立在结点处。第六步：联立方程组求解和结果讲解：有限元法最后以致联立方程组。联立方程组的
7、求解可用直接法、迭代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。关于计算结果的质量，将经过与设计准则供应的赞同值比较来议论并确定可否需要重复计算。简言之，有限元解析可分成三个阶段，前置办理、计算求解和后置办理。前置办理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后置办理则是采集办理解析结果，使用户能简略提守信息，认识计算结果。3.ANSYS模拟3.1ANSYS历史ANSYS企业建立于1970年，总部位于美国宾西法尼亚的匹兹堡，致力于CAE技术的研究和发展，并经过CAE技术帮助企业优化设计流程。ANSYS软件的开创人是美国匹斯堡大学力学系教授、出名有限元第3页声威JohnSwanson博士。ANS
8、YS灵便、开放的解决方案为看法设计到最后测试的设计全过程供应了有效的CAE共同环境，使客户能够在设计的各个阶段大规模采用CAE技术，最大程度地发挥CAE对设计流程的贡献，从而大幅度地缩短研发流程、降低研发花销、提高设计质量。3.2ANSYS软件介绍ANSYS软件是融构造、流体、电场、磁场、声场解析于一体的大型通用有限元解析软件。由世界上最大的有限元解析软件企业之一的美国ANSYS开发。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,IDEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。软件主要包括三个部分：前办理模块，解析
9、计算模块和后办理模块。前办理模块:它供应了一个富强的实体建模及网格划分工具，用户能够方便地构造有限元模型；ANSYS软件供应的解析种类以下：1构造静力解析2构造动力解析3构造非线性解析4动力学解析5热解析6电磁场解析7流体动力学解析8声场解析9压电解析后办理模块：它可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透显然示（可看到构造内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件供应了100种以上的单元种类，用来模拟工程中的各种构造和资料。该软件有多种不相同版本，能够运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，S
10、UN，DEC，IBM，CRAY等。第4页3.3构造解析流程图第5页3.4命令介绍3.5单元的介绍SHELL43单元描述：SHELL43合适模拟线性、波折及合适厚度的壳体构造。单元中每个节点拥有六个自由度：沿x、y和z方向的平动自由度以及绕x、y和z轴的转动自由度。平面内两个方向的形状必变都是线性的。对于平面外的运动，用张量组的混杂内插法（amixedinterpolationoftensorialcomponents）。单元拥有塑性、蠕变、应力刚化、大变形和大应变的特点。关于此单元更详细的性能可拜会ANSYS,Inc.TheoryReference中的SHELL43。若是是薄壳也许塑性和蠕变不
11、需考虑，弹性的四边性壳单元（SHELL63）就可以了。若是遇到收敛困难也许需要考虑大应变时，可选择SHELL181单元。自然，关于非线性构造解析我们介绍选择SHELL181单元。图43.1SHEll43单元几何图示其中：XIJ没有定义单元坐标系时的X轴X定义了单元坐标系时的X轴SHELL43单元的输入数据：图43-1给出了此单元的几何形状、节点地址和坐标系设置。单元由四个节点、四个壳厚度以及正交各向异性的资料特点确定。在三角形、棱形和周围体单元一章中已经提到，当把节点K和节点L定义为同一个节点时就形成了三角形单元。正交各向异性资料的方向与单元坐标系的方向一致。单元坐标系的方向已经在坐标系一章中
12、描述过。单元X轴能够从X轴向Y轴旋转一个角度THETA。单元需要有一个有效的厚度。随着在每个角节点处输入的厚度值的不相同，假定厚度在单元面积上圆滑变化。若是单元厚度不变，只输入TK（I）就可以了。若是厚度不是常数，必定分别输入四个节点的厚度值。单元名义上绕Z轴的平面内的转动刚度由KEYOPT(3)（0或1）确定。别的一个真实的转动刚度（Allman转动）相应在由KEYOPT(3) 2来定义。这样的话，实常数ZSTIF1和ZSTIF2就被用来控制Allman转动理论中的两个伪零能量模态。ZSTIF1和ZSTIF2的默认值分别为1.0E-6和1.0E-3。ADMSUA是每单位面积的质量。第6页单元荷载在节点和单元荷载一章中已经讲过。压力被当作单元面上的表面荷载输入，如图43-1的圆圈数字所示。正向表示指向单元表面。界线压力按单位长度的力来输入。温度可看作作用在角点地址（1-8）的单元体力输入，如图43-1所示。第一个角温度T1默认值是TUNIF，若是其他的温度都不指定，它们的值也自动按T1取值。若是只输入了T1和T2，T1值会赋给T1、T2、T3和T4，而输入的T2值会赋给T5、T6、T7和T8。关于任何其他的输入方案，未指定温度时默认都是TUNIF。SHELL43输入总结.给出了此单元的输入参数总结。一般的单元输入描述请参照单元输入一章。
