1、-. z鋼桁架橋靜力受力分析對一架鋼桁架橋進展具體靜力受力分析，分別采用GUI方式和命令流方式。A問題描述圖6-15 鋼桁架橋簡圖下承式簡支鋼桁架橋橋長72米，每個節(jié)段12米，橋?qū)?0米，高16米。設(shè)橋面板為0.3米厚的混凝土板，當(dāng)車輛行駛于橋梁上面時，軸重簡化為一組集中力作用于梁上，來計算梁的受力情況。桁架桿件規(guī)格有三種，見下表：表6-2 鋼桁架橋桿件規(guī)格桿件截面號形狀規(guī)格端斜桿1工字形4004001616上下弦2工字形4004001212橫向連接梁2工字形4004001212其他腹桿3工字形4003001212所用材料屬性如下表：表6-3 材料屬性參數(shù)鋼材混凝土彈性模量E*2.110113

2、.51010泊松比PR*Y0.30.1667密度DENS78502500BGUI操作方法1.創(chuàng)立物理環(huán)境1過濾圖形界面：GUI：Main Menu Preferences，彈出Preferences for GUI Filtering對話框，選中Structural來對后面的分析進展菜單及相應(yīng)的圖形界面過濾。2定義工作標(biāo)題：GUI：Utility Menu File Change Title，在彈出的對話框中輸入Truss Bridge Static Analysis，單擊OK。如圖6-16a。指定工作名：GUI：Utility Menu File Change Jobname，彈出一個對話框

3、，在Enter new Name后面輸入Structural，New log and error files選擇yes，單擊OK。如圖6-16b。圖6-16a 定義工作標(biāo)題圖6-16b 指定工作名3定義單元類型和選項：GUI：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete，彈出Element Types單元類型對話框，單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types單元類型庫對話框。在該對話框左面滾動欄中選擇Structural Beam，在右邊的滾動欄中選擇3D 188，單擊Ok，定義了BEAM188單元，如圖6-1

4、7。繼續(xù)單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types單元類型庫對話框。在該對話框左面滾動欄中選擇Structural Shell，在右邊的滾動欄中選擇Elastic 4node 181，單擊OK，定義了SHELL181單元。得到如圖6-18所示的結(jié)果。最后單擊Close，關(guān)閉單元類型對話框。圖6-17 單元類型庫對話框圖6-18 單元類型對話框4定義梁單元截面：GUI：Main Menu Preprocessor SectionsBeam mon Sections，彈出Beam Tool工具條，如圖6-19填寫。然后單擊Apply，如圖6-19填寫；然后單擊Apply，

5、如圖6-19填寫，最后單擊OK。圖6-19 定義三種截面每次定義好截面之后，點擊Preview可以觀察截面特性。在本模型中三種工字鋼截面特性如下列圖6-20：圖6-20 三種截面圖及截面特性5定義材料屬性：GUI：Main Menu Preprocessor Material Props Material Models，彈出Define Material Model Behavior對話框，在右邊的欄中連續(xù)雙擊Structural Linear Elastic Isotropic后，彈出Linear Isotropic Properties for Material Number 1”對話框，

6、如圖6-23所示，在該對話框中E*后面的輸入欄輸入2.1e11”，PR*Y后面的輸入欄輸入0.3”，單擊OK。圖6-23 設(shè)置彈性模量和泊松比 圖6-24 設(shè)置密度繼續(xù)在Define Material Model Behavior對話框，在右邊的欄中連續(xù)雙擊Structural Density，彈出Density for Material Number 1”對話框，如圖6-24所示，在該對話框中DENS后面的輸入欄輸入7850”，單擊OK。設(shè)置好第一種鋼材材料之后，還要設(shè)置第二種混凝土橋面板材料。Define Material Model Behavior對話框的Material菜單中選擇Ne

7、w model，按照默認的材料編號，點擊OK。這時Define Material Model Behavior對話框左邊出現(xiàn)Material Model Number 2”，同第一種材料的設(shè)置方法一樣，Linear Isotropic中E*輸入3.5e10”，PR*Y輸入 0.1667，DENS輸入2500，單擊OK完畢。如圖6-25。最后關(guān)閉Define Material Model Behavior對話框。圖6-25 定義材料屬性2.建立有限元模型1生成半跨橋的節(jié)點：GUI：Utility Menu Modeling Create Nodes In Active CS，彈出Create N

8、odes in Active CS對話框，在*，Y，Z輸入行輸入：0，0，-5”，單擊OK。如圖6-26a然后GUI：Utility Menu Modeling Copy Nodes Cop，在Copy nodes對話框中單擊Pick All，在彈出的對話框中，如圖6-26b填寫。繼續(xù)執(zhí)行GUI：Utility Menu Modeling Copy Nodes Cop，在Copy nodes對話框中單擊Pick All，在彈出的對話框中，如圖6-26c填寫。圖6-26a 建立節(jié)點 圖6-26b 復(fù)制節(jié)點圖6-26c 復(fù)制節(jié)點 圖6-27 半橋模型的節(jié)點繼續(xù)執(zhí)行GUI：Utility Menu

9、Modeling Copy Nodes Cop，彈出Copy nodes對話框，在ANSYS主窗口中用箭頭選擇2、6、10號節(jié)點，單擊OK，在彈出的對話框中，ITIME輸入2，DY輸入16，INC輸入1， RATIO輸入1，其他項不填寫。單擊OK。繼續(xù)執(zhí)行GUI：Utility Menu Modeling Copy Nodes Cop，彈出Copy nodes對話框，在ANSYS主窗口拾取3、7、11號節(jié)點，單擊OK，在彈出的對話框中，ITIME輸入2，DZ輸入-10，INC輸入1， RATIO輸入1，其他項不填寫。單擊OK。最終ANSYS主窗口中出現(xiàn)畫面如圖6-27。2生成半橋跨單元：選擇第

10、一種單元屬性：GUI：Utility Menu Modeling Create Elements Elem Attributes，彈出Element Attributes對話框，如圖6-28所示。單擊OK關(guān)閉窗口。圖6-28 選擇單元屬性 圖6-29建立端斜桿梁單元建立端斜桿梁單元：GUI：Utility Menu Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes，彈出Elem from Nodes拾取節(jié)點對話框，分別拾取11和14號節(jié)點，單擊apply。再選擇12和13號節(jié)點。單擊OK。如圖6-29。選擇第二種單元屬性：GUI：Utility

11、 Menu Modeling Create Elements Elem Attributes，彈出Element Attributes對話框，SEUM項中選擇2 *IANHENG，其他選項不變。單擊OK關(guān)閉窗口。建立上下弦桿和橫梁桿梁單元：GUI：Utility Menu Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes，彈出Elem from Nodes選擇對話框，分別在2和6號節(jié)點、6和10號節(jié)點、10和14號節(jié)點、1和5號節(jié)點、5和9號節(jié)點、9和13號節(jié)點、3和7號節(jié)點、7和11號節(jié)點、4和8號節(jié)點、8和12號節(jié)點、1和2號節(jié)點、3和4號

12、節(jié)點、5和6號節(jié)點、7和8號節(jié)點、9和10號節(jié)點、11和12號節(jié)點、13和14號節(jié)點建立單元。單擊OK關(guān)閉窗口。選擇第三種單元屬性：GUI：Utility Menu Modeling Create Elements Elem Attributes，彈出Element Attributes對話框，SEUM項中選擇3 FU，其他選項不變。單擊OK關(guān)閉窗口。建立上下弦桿和橫梁桿梁單元：Utility Menu Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes，彈出Elem from Nodes選擇對話框，分別在3和6號節(jié)點、6和11號節(jié)點、4和5號節(jié)

13、點、5和12號節(jié)點、2和3號節(jié)點、1和4號節(jié)點、6和7號節(jié)點、5和8號節(jié)點、10和11號節(jié)點、9和12號節(jié)點建立單元。單擊OK關(guān)閉窗口。3定義梁單元截面：GUI：Main Menu Preprocessor SectionsShell Lay-upAdd/Edit，彈出Create and Modify Shell Sections工具條,在name后輸入ban，ID后輸入4，Thickness后輸入0.3，單擊OK。4選擇第四種單元屬性：GUI：Utility Menu Modeling Create Elements Elem Attributes，彈出Element Attributes

14、對話框，TYPE項選擇2 SHELL181，MAT項選擇2”，SEUM項中選擇No Section，TSHAP項選擇4 node quad，其他選項不變。單擊OK關(guān)閉窗口。建立橋面板單元：GUI：Utility Menu Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes，彈出Elem from Nodes選擇對話框，依次選擇1、2、6、5號節(jié)點、5、6、10、9號節(jié)點、9、10、14、13號節(jié)點建立三個殼單元。單擊OK關(guān)閉窗口。如圖6-30。圖6-30 半橋單元5生成全橋有限元模型：生成對稱節(jié)點：GUI：Main MenuPreprocesso

15、rModeling Reflect Nodes，彈出Reflect Nodes選擇對話框，單擊Pick All。在第二個對話框中，選擇Y-Z plane，INC項填寫14”。單擊OK關(guān)閉對話框。圖6-31橋單元生成對稱單元：GUI：Main MenuPreprocessorModeling Reflect Elements Auto Numbered，彈出Reflect Elems選擇對話框，單擊Pick All。在第二個對話框中， NINC項填寫14”。單擊OK。如圖6-31。6合并重合節(jié)點、單元：GUI：Main MenuPreprocessor Numbering Ctrls Merge

16、 Items，彈出Merge Coincident or Equivalently Defined Items對話框，Label項選擇All，單擊OK關(guān)閉窗口。如圖6-32。圖6-32 合并重合節(jié)點和單元 圖6-33 壓縮編號壓縮編號：GUI：Main MenuPreprocessor Numbering Ctrls press Number，彈出press Numbers對話框，Label項選擇All，單擊OK關(guān)閉窗口。如圖6-33。7保存模型文件；Utility Menu File Save as，彈出一個Save Database對話框，在Save Database to下面輸入欄中輸入

17、文件名Structural_model.db，單擊OK。3. 加邊界條件和載荷1施加位移約束：在簡支梁的支座處要約束節(jié)點的自由度，以到達模擬鉸支座的目的。假定梁左端為固定支座，右邊為滑動支座。GUI：Main Menu Solution Define Losads ApplyStructural Displacement On Nodes，彈出節(jié)點選取對話框，用箭頭選擇23和24號節(jié)點，單擊OK彈出Apply U，ROT Nodes對話框，DOFs to be constrained項中，選擇U*，UY，UZ，單擊OK關(guān)閉窗口。如圖6-34。以同樣的方法，在13和14號節(jié)點施加位移約束，選擇1

18、3、14號節(jié)點之后，在DOFs to be constrained項中選擇UY，UZ，單擊OK關(guān)閉窗口。結(jié)果如圖6-35。圖6-34 設(shè)置節(jié)點位移約束 圖6-35 施加位移約束后的模型圖6-36 設(shè)置集中力荷載 圖6-37 施加所有荷載后的模型2施加集中力：在跨中兩節(jié)點處施加集中力荷載。GUI：Main Menu Solution Define Losads ApplyStructural Force/Moment On Nodes，彈出節(jié)點選取對話框，用箭頭選擇1和2號節(jié)點，單擊OK彈出Apply F/MNodes對話框，Lab項選擇FY，VALUE項填寫-100000”。如圖6-36。單擊

19、OK關(guān)閉窗口。3施加重力：GUI：Main Menu Solution Define Losads ApplyStructural Inertia Gravity Global，彈出Apply Acceleration對話框，在ACELY項填寫10”，單擊OK。施加所有荷載之后的模型如圖6-37。4. 求解1選擇分析類型：GUI：GUI：MainMenu Solution Analysis Type New Analysis，在彈出的New Analysis對話框中選擇static選項，點擊OK關(guān)閉對話框。2開場求解：GUI：Main Menu Solution Solve Current L

20、S，彈出一個名為/STATUS mand的文本框，如圖6-38，檢查無誤后，單擊Close。在彈出的另一個Solve Current Load Step對話框中單擊OK。求解完畢后，關(guān)閉Solution is done對話框。圖6-38 求解信息5. 查看計算結(jié)果1查看構(gòu)造變形圖：GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot Results Deformed Shape，彈出一個如圖6-39(a)所示的對話框，單擊OK，結(jié)果顯示如圖6-39(b)圖6-39(a) 設(shè)置變形顯示 圖6-39(b) 構(gòu)造變形結(jié)果2云圖顯示位移：GUI：Main MenuGeneral Post

21、procPlot Results Contour Plot Nodal Solu，彈出如圖6-40的對話框，選擇Nodal Solution-DOF Solution-后面的選項，其中包括*、Y、Z各個方向的位移及總體位移，和*、Y、Z各個方向的轉(zhuǎn)角及總體轉(zhuǎn)角。下面的選項分別是：是否顯示未變形的模型；變形比例。單擊OK顯示云圖。各節(jié)點總體位移結(jié)果云圖如圖6-41。圖6-40 選擇云圖顯示數(shù)據(jù)圖6-41 總位移云圖顯示3矢量顯示節(jié)點位移：GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsVector PlotPredefined，彈出一個Vector Plot o

22、f PredefinedVectors矢量畫圖對話框,在PLVECT項中選取DOF solution和Translation U，單擊OK，其結(jié)果如圖6-42所示。圖6-42 節(jié)點位移矢量顯示4顯示構(gòu)造力圖：定義單元表：GUI：Main Menu General Postproc Element Table Define Table，彈出一個Element Table Data對話框，單擊Add，彈出Define Additional Element Table Items對話框，在Lab項中填寫zhou_i定義單元i節(jié)點軸力名稱，左邊框中選擇最后一項By sequence num，右邊框中選

23、擇SMISC，下邊填寫SMISC，1”，如圖6-43。單擊Apply，繼續(xù)定義單元j節(jié)點軸力，在Lab項中填寫zhou_j，下邊填寫SMISC，7”。單擊Apply，繼續(xù)定義單元i節(jié)點剪力，在Lab項中填寫jian_i，下邊填寫SMISC，2”。單擊Apply，繼續(xù)定義單元j節(jié)點剪力，在Lab項中填寫jian_j，下邊填寫SMISC，8”。單擊Apply，繼續(xù)定義單元i節(jié)點彎矩，在Lab項中填寫wan_i，下邊填寫SMISC，6”。單擊Apply，繼續(xù)定義單元j節(jié)點軸力，在Lab項中填寫wan_j，下邊填寫SMISC，12”。單擊OK關(guān)閉對話框。繼續(xù)單擊Close關(guān)閉Element Table

24、 Data對話框。圖6-43 定義單元表在定義單元表的時候，需要查看幫助文件查找所用單元的單元表工程與序號。圖6-44為本例題中所選用的BEAM188單元的單元坐標(biāo)系圖，表6-4列出了BEAM4單元表輸出量的條目與序號，定義單元表的時候，根據(jù)需要輸出的量查找對應(yīng)的序號進展輸入。圖6-44 BEAM4單元表6-4 BEAM4單元表條目與序號輸出量工程I節(jié)點序號J節(jié)點序號MFOR*(*方向力)SMISC17MFORY(Y方向力)SMISC28MFORZ(Z方向力)SMISC39MMOM*(*方向力矩)SMISC410MMOMY(Y方向力矩)SMISC511MMOMZ(Z方向力矩)SMISC612列

25、表單元表結(jié)果GUI：Main Menu General Postproc Element Table List Elem Table，彈出一個List Element Table Data對話框，選擇剛剛定義的力名稱ZHOU_I，ZHOU_J，JIAN_I,JIAN_J，WAN_I，WAN_J,單擊OK，彈出文本列表PRETAB mand，顯示了每個單元的節(jié)點力。如圖6-45。圖6-45 單元表數(shù)據(jù)列表的最后還列出了每項最大值和最小值，以及它們所在的單元。顯示線單元結(jié)果GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot Results Contour Plot Line Ele

26、m Res，彈出Plot Line-Element Results對話框，LabI、LabJ項分別選擇ZHOU_I和ZHOU_J，F(xiàn)act項設(shè)置顯示比例默認值是1，KUND項選擇是否顯示變形。單擊OK。顯示軸力圖，如圖6-46。重新執(zhí)行顯示線單元結(jié)果操作，LabI、LabJ項分別選擇JIAN_I和JIAN_J，顯示剪力圖。重新執(zhí)行顯示線單元結(jié)果操作，LabI、LabJ項分別選擇WAN_I和WAN_J，顯示剪力圖。由于本算例中的構(gòu)造屬于桁架桿系構(gòu)造，桿件的剪力很小，結(jié)果不做重點考慮。圖6-47 軸力圖5列表節(jié)點結(jié)果：GUI：Main MenuGeneral Postproc List Resul

27、ts Nodal Solution，彈出一個ListNodal Solution對話框，選擇Nodal Solution-DOF Solution-Displacement vector sum，單擊OK。彈出每個節(jié)點的位移列表文本，其中包括每個節(jié)點的*、Y、Z方向位移和總位移，最后還列有每項最大值及出現(xiàn)最大值的節(jié)點。6. 退出程序單擊工具條上的Quit彈出一個如圖6-47所示的E*it from ANSYS對話框，選取一種保存方式，單擊OK，則退出ANSYS軟件。圖6-47 退出ANSYS對話框C 命令流實現(xiàn)/TITLE,Truss Bridge Static Analysis /PREP7

28、/, Structural !* /PREP7 !* ET,1,BEAM188!* ET,2,SHELL181 !* SECTYPE, 1, BEAM, I, duan, 0 !*定義1號工字形截面*SECOFFSET, CENT !*截面質(zhì)心不偏移*SECDATA,0.4,0.4,0.4,0.016,0.016,0.016,0,0,0,0 !*1號截面參數(shù)*SECTYPE, 2, BEAM, I, *IANHENG, 0 SECOFFSET, CENT SECDATA,0.4,0.4,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0 SECTYPE, 3, BEAM, I, FU,

29、 0 SECOFFSET, CENTSECDATA,0.3,0.3,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0 R,4,0.3, , , , , , *MP,E*,1,2.1E11 !*定義1號材料彈性模量*MP,PR*Y,1,0.3 !*定義1號材料泊松比*MP,DENS,1,7850 !*定義1號材料密度*MP,E*,2,3.5E10 !*定義2號材料彈性模量*MP,PR*Y,2,0.1667 !*定義2號材料泊松比*MP,DENS,2,2500 !*定義2號材料密度*N, ,0,0,-5, !*建立節(jié)點*NGEN,4,4,ALL,12,1, !*復(fù)制節(jié)點*NGEN,2,1

30、,ALL,10,1, !*復(fù)制節(jié)點*NGEN,2,1,2,10,4,16,1, !*復(fù)制節(jié)點*NGEN,2,1,3,11,4,-10,1, !*復(fù)制節(jié)點*TYPE,1 !*選擇1號單元類型*MAT,1 !*選擇1號材料*REAL,1 !* 選擇1號實常數(shù)*ESYS,0 !*單元坐標(biāo)系*SEUM,1 !*選擇1號截面*TSHAP,LINE !*選擇線形單元*E,11,14 !*建立單元*E,12,13 !*建立單元*TYPE,1 !* 選擇1號單元類型*MAT,1 !* 選擇1號材料*REAL,2 !* 選擇2號實常數(shù)*ESYS,0 !* 單元坐標(biāo)系*SEUM,2 !* 選擇2號截面*TSHAP,LINE !