第6章ANSYS橋梁工程應(yīng)用實(shí)例分析

*克

>構(gòu)造分析詳細(xì)環(huán)節(jié)?構(gòu)造靜力分析

?桁架構(gòu)造建模措施>構(gòu)造模態(tài)分析

>4*經(jīng)典政果圖

6.1引言

AXSYS通用有限元軟件在土木工程應(yīng)用分析中可發(fā)揮巨大口勺作用。我們用它來(lái)分析橋梁工

程構(gòu)造，可以很好的J模擬多種類(lèi)型橋梁的受力、施工工況、動(dòng)荷載的耦合等。

A\SYS程序有豐富的單元庫(kù)和材料庫(kù)，幾乎可以仿真模擬出任何形式日勺橋梁。靜力分析中，

可以較精確的J反應(yīng)出構(gòu)造的變形、應(yīng)力分布、內(nèi)力狀況等；動(dòng)力分析中，也可精確的體現(xiàn)構(gòu)造

的自振頻率、振型、荷載耦合、時(shí)程響應(yīng)等特性。運(yùn)用有限元軟件對(duì)橋梁構(gòu)造進(jìn)行全橋模擬分

析，可以得出較精確的分析成果。

本章簡(jiǎn)介橋梁構(gòu)造的模擬分析。作為一種重要的工程構(gòu)造，橋梁H勺精確分析具有較大的工

程價(jià)值。橋梁的種類(lèi)繁多，如梁橋、拱橋、鋼構(gòu)橋、懸索橋、斜拉橋等等，不一樣類(lèi)型H勺矯梁

可以采用不一樣日勺建模措施。橋梁的J分析內(nèi)容又包括靜力分析、施工過(guò)程模擬、動(dòng)荷載響應(yīng)分

析等?？梢钥闯鰳蛄旱恼w分析過(guò)程比較復(fù)雜?？傮w上來(lái)說(shuō)，重要的模擬分析過(guò)程如下：

（1）根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，選攔合適的單元和材料，建立精確的橋梁有限元模型。

（2）施加靜力或者動(dòng)力荷載，選擇合適的邊界條件。

（3）根據(jù)分析問(wèn)題的不一樣，選擇合適的求解器進(jìn)行求解。

（4）在后處理器中觀測(cè)計(jì)算成果。

（5）如有需要，調(diào)整模型或者荷載條件，重新分析計(jì)算。

橋梁口勺種類(lèi)和分析內(nèi)容眾多，不一樣類(lèi)型橋梁的口勺分析過(guò)程有所不一樣，分析側(cè)重點(diǎn)也不

一樣樣。在這里僅僅給出大體的分析過(guò)程，詳細(xì)內(nèi)容還要看詳細(xì)實(shí)例H勺狀況。

6.2經(jīng)典喬梁今折橫刎過(guò)程

創(chuàng)走物理環(huán)境

建立橋梁模型之前必須對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行一系列的設(shè)置。正入ANSYS前處理器，按照如下6

個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)建立物理環(huán)境：

1、設(shè)置GUT菜單過(guò)濾

2、定義分析標(biāo)題（/TITLE）

3、闡明單元類(lèi)型及其選項(xiàng)（KEYOPT選項(xiàng)）

4、設(shè)置實(shí)常數(shù)和單位制

5、定義材料屬性

1.設(shè)置GUI菜單過(guò)濾

假如你但愿通過(guò)GUI途徑來(lái)運(yùn)行ANSYS,當(dāng)ANSYS被激活后第一件要做H勺事情就是選

擇菜單途徑：MainMenu>Preferences,執(zhí)行上述命令后，彈出一種如圖6-1所示H勺對(duì)話(huà)框出現(xiàn)

后，選擇Structural這樣ANSYS會(huì)根據(jù)你所選擇H勺參數(shù)來(lái)對(duì)GUI圖形界面進(jìn)行過(guò)濾，選擇

Structural以便在進(jìn)行構(gòu)造分析時(shí)過(guò)濾掉某些不必要於J菜單及對(duì)應(yīng)圖形界面。

圖6-1GUI圖形界面過(guò)濾

2.定義分析標(biāo)題

在進(jìn)行分析前，可以給你所要進(jìn)行H勺分析起一種可以代表所分析內(nèi)容H勺標(biāo)題，例如“truss

bridge"，以便可以從標(biāo)題上與其他模型區(qū)別。用下面F1'、JGUI措施定義分析標(biāo)題。

命令：/TITLE

GUI：UtilityMenu>FiIe>ChangeTitle

圖6-2GUI定義標(biāo)題

3.定義單元類(lèi)型及其選項(xiàng)（KEYOPT選項(xiàng)）

與ANSYSH勺其他分析同樣，構(gòu)造分析也要進(jìn)行對(duì)應(yīng)H勺單元選擇。ANSYS軟件提供了100

種以上的單元類(lèi)型，可以用來(lái)模擬工程中的多種構(gòu)造和材料，多種不一樣的單元組合在一起,

成為詳細(xì)的物理問(wèn)題的I抽象模型。在橋梁構(gòu)造模擬分析中，最常用的單元是梁?jiǎn)卧?，?/p>

單元可模擬不一樣截面的鋼梁、混泥土梁等；殼單元和桿單元也很常用，殼單元可以模擬橋面

板箱梁等薄壁構(gòu)造，桿單元可以模擬預(yù)應(yīng)力鋼筋和桁架等。定義好不一樣的單元及其選項(xiàng)

(KEYOPTS)后，就可以建立有限元模型?？梢圆捎镁€性或者非線性的構(gòu)造單元。

表6-1橋梁分析常見(jiàn)單元

單元維數(shù)形狀和自由度特性

線形，2節(jié)點(diǎn)，剛性桿，可承受拉力和壓力，用來(lái)定義桁架等。

LINK83-D

3自由度可定義其截面積和初始應(yīng)變。和初始應(yīng)變。

線形，2節(jié)點(diǎn)，只能承受拉力的柔性桿，用來(lái)模擬索單元?？啥?/p>

LINK103-D

3自由度義其截面積和初始應(yīng)變。

線形，2節(jié)點(diǎn)，二維彈性梁，可定義其截面積、慣性矩、初始應(yīng)

BEAM32-D

3自由度變、截面高度等。

線形，2節(jié)點(diǎn)，三維彈性梁，可定義其截面積、截面形狀、三向

BEAM43-D

6自由度慣性矩、初始應(yīng)變、截面高寬等。

變截面不對(duì)稱(chēng)，2三維彈性梁，可定義多種截面H勺截面積、截面形

BEAM443-D

節(jié)點(diǎn)，6自由度狀、三向慣性矩、初始應(yīng)變、截面高寬等。

四邊形或三角形，三維彈性殼，可定義其節(jié)點(diǎn)處厚度、剛度、初始

SHELL633-D

4節(jié)點(diǎn)，6自由度彎曲曲率等。

設(shè)置單元以及其關(guān)鍵選項(xiàng)的方式如下:

命令：ET

KEYOPT

GUI：MainMcnu>Preprocessor〉ElementTypc>Add/Edit/Dclctc

圖6-3（a）GUI添加單元類(lèi)型

UJLibraryofEleaentTypes

LibraryofElenentTypesStructuralNass人taperedS4.

■；rfinite總

2nodo

Pipa3nod?

Solid

Shellplastic24

Solid-Shelltar>?red44

Constraint

Hypcralastic3Delast&e

Elenenttypereferencenunber

Apply

圖6-3（b）GUI選擇單元類(lèi)型

4.設(shè)置實(shí)常數(shù)和單位制

單元實(shí)常數(shù)和單元類(lèi)型親密有關(guān)，用R族命令（如R,RMODIF等）或其對(duì)應(yīng)GUI菜單

途徑來(lái)闡明。例如在構(gòu)造分析中，你可以用實(shí)常數(shù)定義梁?jiǎn)卧臋M截面積、慣性矩以及高度等。

當(dāng)定義實(shí)常數(shù)時(shí)，要遵守如下二個(gè)規(guī)則：

1）必須按次序輸入實(shí)常數(shù)。

2）對(duì)于多單元類(lèi)型模型，每種單元采用獨(dú)立的實(shí)常數(shù)組（即不一樣的JREAL參照號(hào)）。

不過(guò)，一種單元類(lèi)型也可同步注明幾種實(shí)常數(shù)組。

命令：R

GUI：MainMenu>Preprocessor〉RealConstants>Add/Edir/Delete

圖6-4(a)GUI定義實(shí)常數(shù)

圖6-4(b)GUI定義實(shí)常數(shù)

在構(gòu)造分析中，系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)置單位制，我們可以根據(jù)自己的需要選用多種單位制。在本章

的實(shí)例中，所有算例都采用國(guó)際單位制，即m、N、kg、s、Pa、Hz等。

5.創(chuàng)立截面

在橋梁構(gòu)造分析中，采用梁?jiǎn)卧话愣夹枰x梁?jiǎn)卧慕孛?。在ANSYS中，既可以建

立一般的截面（即原則的幾何形狀和單一的材料），也可以建立自定義截面（即截面形狀任意也

可以是多種材料）。

命令：SECTYPE

SECDATA

SECOFFSET

GUI：MainMenu>Preprocessor〉Sections>Beam>CommonSectionso

也可以通過(guò)顧客定義網(wǎng)格建立自定義截面，此時(shí)必須建立顧客網(wǎng)個(gè)文獻(xiàn)。首先要建立一種

2D實(shí)體模型，然后保留

命令：SECVVRITE

GUI：MainMenu>PreprocessorSections>Beam>WriteSecMesh。

6.定義材料屬性

橋梁幾何模型中可以有一種或多種材料：包括多種性質(zhì)的鋼、混凝土、地基土和剛臂等等。

每種材料區(qū)都要輸入對(duì)應(yīng)的材料特性。

ANSYS程序材料庫(kù)中有某些已定義好材料特性的材料，可以直接使用它們，也可以修改

成需要的形式再使用。在橋梁工程分析中，使用的材料比較簡(jiǎn)樸，基于線形分析得的橋梁構(gòu)造,

基本選擇線彈性材料（Linear線性、Isotropic各向同性）。定義材料屬性方式如下:

命令：MP

GUI：MainMenu>PreprocessorMaterialProps>MaterialModels〉StructuralLinear>

Isotropic,如圖6-5(a)o

在材料屬性中，我們需要輸入口勺數(shù)據(jù)有：彈性模量(EX)、泊松比(PRXY)、密度(Density)、

材料阻尼(Damping)等等。

對(duì)于非線性材料，可以選擇Nonlinear,如圖6-5(b)：

注：1)必須按照形式定義剛度(如彈性模量EX,超彈性系數(shù)等)。

2)對(duì)于慣性荷載(重力)，必須定義質(zhì)量計(jì)算所需時(shí)數(shù)據(jù)，如密度DENS。

3)對(duì)于溫度荷載，必須定義熱膨脹系數(shù)ALPX。

圖6-5(a)GUI設(shè)置材料屬性選項(xiàng)

圖6-5(b)GUI設(shè)置材料屬性選項(xiàng)

也犢、指定特但、今網(wǎng)

在ANSYS構(gòu)造分析中，有兩種建立有限元原模型的方式。第一種措施為直接建立節(jié)點(diǎn)單

元，形成有限元模型，可自己控制每一種單元，不需要程序劃分單元，這種措施可以用來(lái)建立

構(gòu)造比較簡(jiǎn)樸形式單一的J橋梁構(gòu)造；第二種措施是先建立幾何體模型，然后再運(yùn)用軟件將幾何

模型劃分單元而形成有限元模型，這種措施合用于構(gòu)造復(fù)雜的橋梁。

(1)第一種措施：

命令：N

GUI：MainMenu>Preprocessor〉Modeling>Create>Nodes

命令：E

GUI：MainMenu>Preprocessor〉Modeling>Create>Elements

（2）第二種措施：

命令：K

GUI：MainMenu>Preprocessor〉Modeling>Create>Keypoints

命令：L

GUI：MainMenu>PreprocessorModeling>Create>lines

命令：A

GUI：MainMenu>Preprocessor〉Modeling>Create>Areas

命令：V

GUI：MainMenu>PreprocessorModeling>Create>Volumes

幾何模型操作：

GUI：MainMcnu>PreprocessorModeling>Opcrate

Extrude：拉伸

ExtendLine：延長(zhǎng)線

Booleans：布爾操作

Intersect：相交截取交集

Add：相加

Subtract：相減

Divide：分割

Glue：粘貼

Overlap：搭接

Partition：提成多種小區(qū)域

Scale：梯度

合理H勺運(yùn)用以上操作，可以建立出非常精確的構(gòu)造體幾何模型。然后就可以對(duì)幾何模型進(jìn)

行網(wǎng)格劃分，形成有限元模型。劃分單元詳細(xì)操作如下：

命令：LSEL（選擇要?jiǎng)澐諶勺線單元）

TYPE（選擇單元類(lèi)型）

MAT（選擇材料屬性）

REAL（選擇實(shí)常數(shù)）

ESYS（單元坐標(biāo)系）

MSHAPE（選擇單元形狀）

leshTool

El&mentAttiibutet:MSHKEY（選擇單元?jiǎng)澐址绞剑?/p>

|GkbaljdfLl

廠SmditSizeLMESH（開(kāi)始劃分線單元）

dJ

Fine6Coaise

SizeControls:GUI：MainMenu>PreprocessorMeshing>MeshTool

Global

Areas*

在劃分單元之前，首先要對(duì)單元大小形狀等進(jìn)行合適時(shí)控制，否

Line?sa1

Copy|

3

Layer則也許出現(xiàn)意想不到的）劃提成果。目前以MeshTool工具條為例，闡

KeyplsS&|

明劃分單元時(shí)措施。如圖6-6。

Me$h1Volumesjd

Shape"Tet「Hex

6目近CMappodElementAttributes：選擇單元類(lèi)型、材料屬性、實(shí)常數(shù)、單元坐

13a4Md二1

MezhCledr標(biāo)系、截面號(hào)。

Refineat|Elements三］

R&ine

OoseHelp

SmartSize：控制模型細(xì)部單.元精細(xì)度

SizeControls：通過(guò)給定兒何體分段日勺大小或者數(shù)量控制各個(gè)幾何體上面單元數(shù)量與大小。

Mesh：劃分單元（點(diǎn)、線、面、體）。單元形狀分為：三角形或四面體（Tet）、四邊形或六

面體（Hex）；劃分方式分為：自由劃分、影射劃分、掃掠劃分。

注：1）應(yīng)力或應(yīng)變急劇變化H勺區(qū)域（一般是我們感愛(ài)好的區(qū)域），需要比應(yīng)力或應(yīng)變近乎

常數(shù)的區(qū)域較密的網(wǎng)格。

2）在考慮非線性的影響時(shí)，要用足夠的網(wǎng)格來(lái)得到非線性效應(yīng)。如塑性分析需要相稱(chēng)

的積分點(diǎn)密度，因而在高塑性變形梯度區(qū)需要較密的網(wǎng)格。

圖6-6MeshTool工具條

施加邊界條件右載希

在施加邊界條件和載荷時(shí)，既可以給實(shí)體模型（要點(diǎn)、線、面）也可以給有限元模型（節(jié)

點(diǎn)和單元）施加邊界條件和載荷。在求解時(shí)，ANSYS程序會(huì)自動(dòng)將加到實(shí)體模型上的邊界條件

和載荷轉(zhuǎn)遞到有限元模型上。

在GUI方式中，可以通過(guò)一系列級(jí)聯(lián)菜單，實(shí)現(xiàn)所有的加載操作。GUI途徑如下：

GUI：MainMcnu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural

這時(shí)，ANSYS程序?qū)⒘谐鰳?gòu)造分析中所有的邊界條件和載荷類(lèi)型。然后根據(jù)實(shí)際狀況選

擇合理的邊界條件或載荷。

ANSYSMainMenu

°Preferences

ElPreprocessor例如，要施加均布荷載到橋面板單元上，GUI途徑

□Solntion

(BAnalysisType

□DefineLoads

E)Settings如下：

BApply

0Structural

isplacesent]

ROnLinesGUI：MainMenu>Preprocessor〉DefineLoads>

㈤OnAreas

㈤OnKeypoints

ROnBodes

不OnVodcCoaponcntxApply>Structural>Pressure>OnElements/OnAreas

田SywaetryB.C.

SAntisy>BB.C.

HForce/loaent也可以通過(guò)命令來(lái)輸入載荷，幾種常見(jiàn)勺構(gòu)

(3PressureANSYSH

田TeBperature

□

Inertia

PretnsnSectn造分析荷載如下：

GePlan?Strain

□

Other

□FieldVoloaeIntr

E]InitiolCondin(1)位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)：

國(guó)Lo?dVector-

E)Functions

SDelete

E)Operate這些自由度約束往往施加到模型邊界上，用以定義

田L(fēng)oadStepOpts

剛性支撐點(diǎn)。也可以用于指定對(duì)稱(chēng)邊界條件以及已知運(yùn)

動(dòng)的點(diǎn)。例如：一種有三個(gè)自由度的I二維簡(jiǎn)支梁?jiǎn)卧?，邊界條件即為：i端點(diǎn)約束UX、UY

方向位移，j端點(diǎn)約束UY方向位移。橋梁構(gòu)造分析中，位移約束一般加載于橋墩基礎(chǔ)處、

主梁支座處、梁端等處。位移約束可以施加在點(diǎn)、線、面、節(jié)點(diǎn)上，最終都會(huì)轉(zhuǎn)化為施加

在節(jié)點(diǎn)上面的約束。由標(biāo)號(hào)指定的方向是按照節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系定義的。

圖6-7施加荷載菜些

命令：D

GUI：MainMenu>PreprocessorDefineIx)ads>Apply>StructuralDisplacementorPotential

GUI：MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>StructuralDisplacement

(2)力(FX,FY,FZ)/力矩(MX,MY,MZ)

這些集中力一般在模型日勺外邊界上指定，其方向是按節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系定義的。集中力或彎

矩可以模擬橋梁上的集中力荷載。例如：當(dāng)車(chē)輛行駛于橋梁上面時(shí)，軸重簡(jiǎn)化為一組集中

力作用于梁上，來(lái)計(jì)算梁的受力狀況。集中力或彎矩只能施加在要點(diǎn)或者節(jié)點(diǎn)上面。

命令：F

GUI：MainMenu>PreprocessorDefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment

GUI：MainMenu>Solutior)>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment

(3)壓力荷載(PRES)

這是表面荷載，一般作用于模型外部。正壓力為指向單元面(起到壓縮口勺效果)。溝布

荷載和梯度荷載都屬于壓力荷載，在橋梁構(gòu)造分析中會(huì)常常施加壓力荷載。例如在橋面板

上施加均布的人群荷載，就需要選擇橋面板單元，然后在選擇H勺單元或者面上面施加壓力。

值得注意的是，在三維H勺面上施加壓力時(shí)，要注意面H勺方向與壓力的方向。壓力荷載可以

施加在線、面、節(jié)點(diǎn)、單元、梁上。

命令：SF

GUI：MainMenu>PreprocessorDefineLoads>Apply>Siructural>Pressure

GUI：MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure

(4)慣性力荷載(用來(lái)加載重力、旋轉(zhuǎn)等)

ANSYS構(gòu)造分析中，一般通過(guò)施加慣性力來(lái)施加構(gòu)造的重力。同步也可以用來(lái)施加加

速度。用來(lái)加載重力的慣性力與重力加速H勺方向相反。定義慣性荷載之前必須定義密度。

例如：重力方向?yàn)閅軸H勺負(fù)方向，則加的慣性力應(yīng)當(dāng)為Y軸的正方向。

命令：ACEL

GUI：MainMenu>Preprocessor〉DefineLoads>Apply>StructuralInertia>Gravity

GUI：MainMcnu>Solution>DefineLoads>Apply>StructuralIncrtia>Gravity

求解

構(gòu)造分析H勺求解種類(lèi)比較多，應(yīng)根據(jù)不一樣的需要選擇不一樣的求解方式。基本H勺求解過(guò)

程過(guò)程如卜.:

1.定義分析類(lèi)型

在定義分析類(lèi)型和分析將?用的方程求解器前，要先進(jìn)入SOULUTION求解器。

圖6-8GUI選擇分析類(lèi)型

命令：/SOLU

GUI：MainMenu>Solution

選擇分析類(lèi)型。

命令：ANTYPE

GUI：MainMenu>Solution>AnslysisType〉NewAnalysis,如圖6-8。

橋梁構(gòu)造常用日勺分析類(lèi)型有：

（1）靜力分析

靜力分析是橋梁構(gòu)造分析中的重要環(huán)節(jié)，靜力分析成果必須要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定。通過(guò)靜力計(jì)

算，可以求解出構(gòu)造的位移、內(nèi)力、應(yīng)力分布、變形形狀、穩(wěn)定性等。

命令：ANTYPE,STATIC,NEW

GUI：MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis

然后選擇“static”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“OK”。

假如是需要重啟動(dòng)一種分析（施加了此外的J鼓勵(lì)），先前分析日勺成果文獻(xiàn)幾加”次.EMAT,

Jobname.ESM/和Johname.DB還可用，使用命令A(yù)NTYPE,STATIC,RESTo

（2）模態(tài)分析

在模態(tài)分析中，我們可以求解出構(gòu)造的自振頻率以及各階振型，同步也可求出每階頻率的

參與質(zhì)量等等。而在譜分析之前，必須進(jìn)行模態(tài)分析。

命令：ANTYPE,MODAL,NEW

GUI：MainMenu>Solution>AnalysisTypoNewAnalysis

然后選擇“Modal”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“OK”。

模態(tài)分析由4個(gè)重要環(huán)節(jié)構(gòu)成：

/建模。

/加載及求解。除了零位移約束之外H勺其他類(lèi)型的的荷載——力、壓力、加速度等可以

在模態(tài)分析中指定，不過(guò)在模態(tài)提取時(shí)將被忽視；求解輸出內(nèi)容重要有固有頻率、參

與系數(shù)表等。

/擴(kuò)展模態(tài)。指將振型寫(xiě)入成果文獻(xiàn)，得到完整的振型；在擴(kuò)展處理前必須明確的離開(kāi)

求解器(FINISH)并且重新進(jìn)入求解器。

,觀測(cè)成果。末態(tài)分析成果包括：固有頻率、擴(kuò)展振型、相對(duì)應(yīng)力和力分布。在P0ST1

中觀測(cè)成果。

注意：在模態(tài)分析中只有線性行為是有效H勺，假如指定了非線性單元，它將被看作是線性

的；在模態(tài)分析中必須指定楊氏模量EX和密度DENSo

(3)瞬態(tài)分析

瞬態(tài)分析常常用于分級(jí)計(jì)算構(gòu)造受到忽然加載口勺荷載時(shí)的響應(yīng)狀況。例如在橋梁構(gòu)造分析

中，橋梁受到地震鼓勵(lì)的時(shí)程作用，或者計(jì)算橋墩受到忽然撞擊的狀況，都可以選擇使用瞬態(tài)

分析來(lái)計(jì)算構(gòu)造響應(yīng)。詳細(xì)簡(jiǎn)介見(jiàn)第7章。

命令：ANTYPE,TRANS,NEW

GUI：MainMenu>Solulion>AnalysisType>NewAnalysis

然后選擇“Transient”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“OK”。彈出如圖6-9對(duì)話(huà)框。選擇合適的求解方式，

點(diǎn)擊“OK”。

QTransientAnalysis

[TRMDPT]SUutionmethod

汗加匚：

R?dicad

「HodtSuperpos'n

[IJJIPN]Ustlunpodn?ss^prox?廠No

OKICutcUIH?lp

圖6-9瞬態(tài)分析選項(xiàng)

（4）譜分析

譜分析是一種將模態(tài)分析戌果與一種已知日勺譜聯(lián)絡(luò)起來(lái)計(jì)算模型日勺位移和應(yīng)力的分析技

術(shù)。譜分析替代時(shí)間-歷程分析，重要用于確定構(gòu)造對(duì)隨機(jī)荷載或隨時(shí)間變化荷載（如地震、風(fēng)

載、波浪等等）的動(dòng)力響應(yīng)狀況。在構(gòu)造分析中，譜分析常用在計(jì)算構(gòu)造受到震動(dòng)鼓勵(lì)狀況下

的響應(yīng)。最常用的就是地震反應(yīng)譜。注意在譜分析之前要先進(jìn)行模態(tài)分析。

命令：ANTYPE,SPECTR,NEW

GUI：MainMenu>Solution>AnalysisTypoNewAnalysis

然后選擇“Spectrum”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“OK然

譜分析的全過(guò)程包括如下兒步：

/建立模型。

/模態(tài)分析。注意只有Block法、Subspace法和Reduced法才對(duì)譜分析有效。

/譜分析。輸入反應(yīng)譜，有加速H勺反應(yīng)譜、位移反應(yīng)譜、速度反應(yīng)譜、力反應(yīng)譜等,

/擴(kuò)展模態(tài)。擴(kuò)展振型之后才能在后處理器中觀測(cè)成果。

/合并模態(tài)。模態(tài)的I組合方式在橋梁構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定選擇SRSS方式，即先求平方

和再求平方根。

/觀測(cè)成果。

2.定義分析選項(xiàng)

定義好分析類(lèi)型之后，就好設(shè)置分析選項(xiàng)。每種分析的分析選項(xiàng)對(duì)話(huà)框各不相似。

（1）靜力分析

命令：EQSLV

GUI：MainMenu>Soluticn>AnalysisType>AnalysisOptions

在求解選項(xiàng)中，可以看看到如圖6-10的菜單。

圖6-10GUI靜力分析求解選項(xiàng)卡

Basic：

SmallDisplacementStatic（小位移靜力分析）

LargeDisplacementStatic（大位移靜力分析）

SmallDisplacementTransient（小位移瞬態(tài)分析）

LargeDisplacementTransient（大位移瞬態(tài)分析）

Calculateprestresseffect:計(jì)算預(yù)應(yīng)力效應(yīng)）

Timeatendofloadstcp（最終一種荷載步的時(shí)間）

Numberofsubsteps（通過(guò)荷載子步控制）

Timeincrement（通過(guò)時(shí)間增量控制）

WriteItemstoResultsFile（成果文獻(xiàn)輸出設(shè)置）

在Basic中的設(shè)置，提供了分析中所需H勺至少數(shù)據(jù)。一旦Basic標(biāo)簽中H勺設(shè)置滿(mǎn)足后來(lái)，

就不需要設(shè)置其他標(biāo)簽中的I選項(xiàng)，除非由于要進(jìn)行高級(jí)控制而修改其他缺省設(shè)置。

注：I）在設(shè)置ANTYPE和NLGEOM時(shí)，如進(jìn)行一種新的分析并忽視大變形效應(yīng)（如大

撓度、大轉(zhuǎn)角、大應(yīng)變）時(shí)，請(qǐng)選擇“SmallDisplacementStatic"項(xiàng)。如預(yù)期有大撓度（如彎

曲的長(zhǎng)細(xì)桿）或大應(yīng)變，則選擇uLargeDisplacementStalic”項(xiàng)。假如想重啟動(dòng)一種失敗內(nèi)非

線性分析，或者顧客已經(jīng)進(jìn)行了完整H勺靜力分析，而想指定其他荷載，貝IJ選擇“RestartCurrent

Analysisw項(xiàng)。

2）在設(shè)置TIME時(shí)，記住這個(gè)荷載步選項(xiàng)指定該荷載步結(jié)束時(shí)時(shí)間，缺省值為1。對(duì)

于后繼時(shí)荷載步，缺省值為1加上前一種荷載步指定的時(shí)間。

3）在設(shè)置.OUTERS時(shí)，記?。喝笔r(shí)只有1000個(gè)成果集記錄到成果文獻(xiàn)中，假如

超過(guò)這一數(shù)目，程序?qū)⒊鲥e(cuò)停機(jī)?？梢酝ㄟ^(guò)/CONFIG,NRES命令來(lái)增大這一限值。

（2）模態(tài)分析

命令：EQSLV

GUI：MainMenu>Solution>AnalysisType>AnalysisOptions.彈出對(duì)話(huà)框模態(tài)分析選項(xiàng)設(shè)

置對(duì)話(huà)框，如圖6-11（a）。

模態(tài)分析措施一共有7種（字空間法、分塊Lanczos法、PowcrDynaniics法、縮減法、非

對(duì)稱(chēng)法、阻尼法、QR阻尼法），前四種措施是最常用H勺模態(tài)提取措施。

橋梁構(gòu)造分析計(jì)算中一般采用分塊Lanczos法和子空間法。常用選項(xiàng)意義如下：

No.ofmodestoextract（提取模態(tài)數(shù)）：除縮減法以外的其他模態(tài)提取該選項(xiàng)都是必須設(shè)置

的。

Expandmodeshapes（與否擴(kuò)展模態(tài)）：假如準(zhǔn)備在譜分析之后進(jìn)行模態(tài)擴(kuò)展，該選項(xiàng)應(yīng)當(dāng)

設(shè)置為NOo

No.ofmodestoexpand（擴(kuò)展模態(tài)數(shù)）：該選項(xiàng)只在采用縮減法、非對(duì)稱(chēng)法和阻尼法時(shí)規(guī)定

設(shè)置。

Calculateelemresults（計(jì)算單元成果）：假如想得到單元求解成果，需要打開(kāi)此項(xiàng)。

Inclprestresseffects（與否包括預(yù)應(yīng)力效應(yīng)）：該項(xiàng)用于確定與否考慮預(yù)應(yīng)力對(duì)構(gòu)造震動(dòng)的I

影響。缺省分析過(guò)程不包括預(yù)應(yīng)力效應(yīng)，即構(gòu)造處在無(wú)預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。

QlodalAnnlyxiJ

[W0MF7]Modeextractiondhod

GBlockLiftczoi

Subspace

「Powerdynanics

Reduced

Vnzyinetrxc

'Dsp*d

QRDtfipad

No?！阠odestoextract0

(nuztb?zp?cififtdfor?11mthod:txcoptth。Radusd?athod)

[WXPAJID]

Expandnod*zhapasqY?Z

MW)DEMo.ofnodestoexpand0

Elc?lc。1"results?—bo

[LUMPH]UselunpedMZSapprox?廠加

?ForP9werdynanicslumpedntsiapproxwillb-ustd

[FSTRZS]Indpr?str?ss?ffyQ。p

[RSAVE]lUnory廠3

"onlyapplies>￡thePowerDynsicsnethodisselected

OK1Cancel1Kelp

圖6-11(a)GUI模態(tài)分析求解選項(xiàng)卡

?當(dāng)選擇分塊Lanczos法時(shí)，點(diǎn)擊OK后彈出如圖6-11(b)對(duì)話(huà)框，在對(duì)話(huà)框中輸入起始

頻率和截止頻率。也就是給出一定的頻率范圍，程序最終計(jì)算出H勺自振頻率成果在所給頻率范

圍之內(nèi)。

圖6-11(b)GUI模態(tài)分析求解選項(xiàng)卡

分塊Lanczos法用于提取大模型的多階模態(tài)(40階以上.)，模型中包括形狀較差的實(shí)體和

殼單元時(shí)提議采用此法，最合用于由殼或殼與實(shí)體構(gòu)成的模型，速度快。內(nèi)存規(guī)定中，存貯規(guī)

定低。

?當(dāng)選擇子空間Subspace法時(shí)，點(diǎn)擊OK后彈出如圖6-11(c)對(duì)話(huà)框。點(diǎn)擊OK完畢設(shè)置。

圖6-11(c)GUI模態(tài)分析求解選項(xiàng)卡

QSolutionControls區(qū)）

Basic|]Sol'nOptions|bonlfoar|AdvancedNL|

AnalysisOption:WriteIt?nztoResultsfile

Displ?ceventTransient習(xí)(?Allsolationit??s

「Cdculftt?prestress?ff?cts「BasicQuantities

CVs?rsaL?ct?d

TineCoMr。1NodalDOF

Nod&R8cHmLoach

Tii*?atendofloadst?p|0

Autg.kcstepping|ProgChosen

ElerrertSdUion色

GNunbirofsubst^pzFrequency：

<Tineincrenent

(Writel&stsnbsteponly』

Xsber“sxxbst?ps5

noofsubst?psB

Hinnoofsubst?psB

OKCancelHelp

圖6-12GUI瞬態(tài)分析求解選項(xiàng)卡

子空間Subspace法用于提取大型模型的少數(shù)階模態(tài)（40階如下），適合于很好的實(shí)體及

殼單元構(gòu)成的模型，內(nèi)存規(guī)定低，存貯規(guī)定高。

(3)瞬態(tài)分析

命令：EQSLV

GUI：MainMenu>Soluticn>AnalysisType>AnalysisOptions

詳細(xì)簡(jiǎn)介見(jiàn)第7章。

出現(xiàn)口勺對(duì)話(huà)框如圖6-12,選項(xiàng)設(shè)置與靜力分析相似。

(4)譜分析

命令：EQSLV

GUI：MainMenu>Soluticn>AnalysisType>AnalysisOptions

選擇譜類(lèi)型，如圖6-13：

Single-plresp（單點(diǎn)響應(yīng)譜分析）

Multi-plrespons（多點(diǎn)響應(yīng)譜分析）

D.D.A.M（動(dòng)力設(shè)計(jì)分析）

P.S.D（功率譜密度分析）

構(gòu)造分析常采用第一種單點(diǎn)響應(yīng)譜分析。詳細(xì)簡(jiǎn)介見(jiàn)第7章。

圖6-13GUI譜分析求解選項(xiàng)

在譜分析中，必須進(jìn)行模態(tài)擴(kuò)展，模態(tài)擴(kuò)展要重新回到模態(tài)分析中進(jìn)行模態(tài)擴(kuò)展。執(zhí)行如

下命令。

命令：ANTYPE,MODAL,NEW

GUI：MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis

然后選擇“Modal”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“OK”。

3.備份數(shù)據(jù)庫(kù)

用工具條中的“SAVEDB”按鈕來(lái)備份數(shù)據(jù)庫(kù)，假如計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò)?，可以以便地恢

復(fù)需要的模型數(shù)據(jù)?；謴?fù)模型時(shí).重新進(jìn)入ANSYS,用下面的命令:

命令：RESUME

GUI：UtilityMenu>Fi)e>ResumeJobname.db

4.開(kāi)始求解

對(duì)于簡(jiǎn)樸的靜力分析，一次加載求解可以計(jì)算出成果。例如計(jì)算在自重作用下，鋼梁內(nèi)撓

度變形，施加于屬于荷載之后只需規(guī)定解一次便得成果。

對(duì)于動(dòng)荷載來(lái)說(shuō)，加載方式比較復(fù)雜，并且要通過(guò)多次求解才能得出最終止果。例如，計(jì)

算鋼梁在一段地震波作用下的響應(yīng)，就需要將地震波加速度準(zhǔn)時(shí)間提成小段，一次一次附加載

到構(gòu)造上面并旦每加載一次都規(guī)定解一次，最終才能得到鋼梁在地震波作用下的時(shí)程響應(yīng)c對(duì)

于施加復(fù)雜動(dòng)荷載，往往采用命令流輸入方式，菜單方式輸入比較繁瑣。

用下面GUI方式進(jìn)行靜力爭(zhēng)解：

命令：SOLVE

GUI：MainMcnu>Solution>Solvc>CurrcntLS

檢查彈出H勺求解信息文檔，確認(rèn)沒(méi)有錯(cuò)誤之后，單擊如圖6-14對(duì)話(huà)框中的“0K”。

0SolveCurrentLoadStcp

(S)LVE]BeginSolutionofCurrentLoadStep

Rma*th。sunnaryinfornationinth?windov(?ntitl?d

*/5TATUSConnond*),thanprazsOKtostartth。solution.

:……jjk……“鼻Cancel|Heb

圖6-14確認(rèn)求解對(duì)話(huà)框

5.完畢求解

命令：FINISH

GUI：MainMenu>Finish

后處理(全看花算我累)

ANSYS程序?qū)⒂?jì)算成果貯存到成果文獻(xiàn)Jobname.rmg中去，其中包括：

＞基本解：

節(jié)點(diǎn)位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)

＞導(dǎo)出解：

?節(jié)點(diǎn)和單元應(yīng)力

?節(jié)點(diǎn)和單元應(yīng)變

?單元力

?節(jié)點(diǎn)反力

?等等

可以在?般后處理器POST1或者時(shí)程后處瞄POST2G其中觀看處理成果。

命令：/POST1

GUI：MainMenu＞GeneralPostproc

命令：/POST26

GUI：MainMenu〉TimeHistPostproc

注意：若但愿在POST1和POST26后處理器中杳看成果.在數(shù)據(jù)庫(kù)中必須包括與求解相似

的模型。同步，成果文獻(xiàn)加卬〃e.RST也必須存在。

檢查成果數(shù)據(jù)，方式如下：

1、從數(shù)據(jù)庫(kù)文獻(xiàn)中讀入數(shù)據(jù)

命令：RESUME

GUI：UtilityMenu>File>Resumefrom

2、讀入合適的成果集。用荷載步、子步或時(shí)間來(lái)辨別成果數(shù)據(jù)庫(kù)集。若指定的時(shí)間值不

存在對(duì)應(yīng)H勺成果，ANSYS會(huì)將所有數(shù)據(jù)通過(guò)線性插值得到該時(shí)間點(diǎn)上的成果。

命令：SET

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>Results>ReadResuloByLoadStep

假如模型不在數(shù)據(jù)庫(kù)中，需用RESUME命令后再用SET命令或其等效途徑讀入需要口勺數(shù)

據(jù)集。

要觀測(cè)成果文獻(xiàn)中的解，可使用LIST選項(xiàng)?？梢苑謩e看不一樣加載步及子步或者不一樣

步間的成果數(shù)據(jù)集。

經(jīng)典的POST1后處理操作：

1.顯示變形圖

命令：PLDISP

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape

PLDISP命令的KUND參數(shù)使顧客可以在原始圖上迭加變形圖。

2.列出反力和反力矩

命令：PRESOL

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ReactionSolu

列出約束節(jié)點(diǎn)U勺反力和力矩。為了顯示反力，執(zhí)行ZPBC,RFOR,,1,然后顯示所需節(jié)點(diǎn)

或單元（NPLOY或者EPLOYT）。假如要顯示反力矩，用RMOM替代RFOR。

3.列出節(jié)點(diǎn)力和力矩

命令：PRESOL,F（或M）

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ElementSolution

也可以列出所選擇的節(jié)點(diǎn)集的I所有節(jié)點(diǎn)的力和力矩。首先選擇節(jié)點(diǎn)，然后列出作用于這些

節(jié)點(diǎn)上的所有力。

命令：FSUM

命令：TotalForceSum

也可以在選擇H勺節(jié)點(diǎn)上檢查所有力和力矩。對(duì)于處在平和狀態(tài)的I實(shí)體，除荷載作用點(diǎn)和存

在反力的節(jié)點(diǎn)以外H勺所有點(diǎn)上，其荷載總合為0：

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>NodalCalcs>Sum@EachNode

MainMenu>GeneralPostproc>OptionsforOutpt,指明檢查方向：

,所有（缺省）

/靜力分量

/阻尼峰量

/慣性力分量

對(duì)于處在平衡狀態(tài)地實(shí)體，除荷載作用點(diǎn)或者存在反力荷載日勺節(jié)點(diǎn)外，其他所有節(jié)點(diǎn)的總

載荷為Oo

4.線單元成果

對(duì)于線單元，可以得到應(yīng)力、應(yīng)變等導(dǎo)出數(shù)據(jù)，成果數(shù)據(jù)用一種標(biāo)號(hào)和一種序列號(hào)組合，

或用元件名來(lái)區(qū)別。

命令：ETABLE

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>DefineTable

定義好單元數(shù)據(jù)表之后，可以顯示線單元成果，即可以顯示彎矩圖、剪力圖、軸力圖等。

命令：PLLS

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotRcsults>ContourPlot-LineElcm

5.誤差評(píng)估

在實(shí)體和殼單元H勺線性靜力分析中，通過(guò)誤差評(píng)估列出網(wǎng)格離散誤差日勺評(píng)估值。這個(gè)命令

按構(gòu)造能量模（SEPC）計(jì)算和列出誤差比例，代表一種特定時(shí)網(wǎng)格離散的J相對(duì)誤差。

命令：PRERR

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>PercentError

6.等值線顯示

幾乎所有H勺成果項(xiàng)都可以顯示為等值線，如應(yīng)力（SX,SY,SZ等）、應(yīng)變（EPELX、EPELY、

EPELZ等）和位移（UX,UY,UZ等）。PLNSOL和PLESOL命令H勺KUND域使我們可以在

原始構(gòu)造上迭加顯示。

命令：PLNSOL

PLESOL

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot-NadalSolu

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot-ElementSolu

顯示單元表數(shù)據(jù)和線單元數(shù)據(jù)：

命令：PLETAB

PLLS

GUI：MainMenu>GeneralPostproOElementTable>PlotElementTable

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot-LineElemRes

7.矢量顯示

對(duì)于觀測(cè)矢量如位移（DISP）、轉(zhuǎn)角（ROT）、主應(yīng)力（SI,S2,S3）,矢量顯示（不要與

欠量模態(tài)混淆）是一種有效的措施。

顯示矢量：

命令：PLVECT

GUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>VectorPlot>Predefined

矢量列衣：

命令：PRVECT

GUI：Main^