有限元基础教程ANSYS算例21及22基于图形界面GUI的桁架桥梁结构分析及命令流

【ANSYS算例】3.4.2(1)基于图形界面的桁架桥梁结构分析(stepbystep)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OldNorthParkBridge(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=5.5m。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P1，P2和P3，其中P1=P3=5000N,P2=10000N，见图3-23。图3-22位于密执安的OldNorthParkBridge(1904-1988)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)643.8310m322.1910m桥身弦梁(Beam2)61.871031.18510底梁(Beam3)68.471033.03110解答以下为基于ANSYS图形界面(GraphicUserInterface,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→ANSYSInteractive→Workingdirectory（设置工作目录）→Initialjobname（设置工作文件名）:TrussBridge→Run→OK(2)设置计算类型ANSYSMainMenu：Preferences…→Structural→OK(3)定义单元类型ANSYSMainMenu：Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→Beam:2delastic3→OK（返回到ElementTypes窗口）→Close(4)定义实常数以确定梁单元的截面参数ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add…→selectType1Beam3→OK→inputRealConstantsSetNo.:1,AREA:2.19E-3，Izz:3.83e-6(1号实常数用于顶梁和侧梁)→Apply→inputRealConstantsSetNo.:2,AREA:1.185E-3，Izz:1.87E-6(2号实常数用于弦杆)→Apply→inputRealConstantsSetNo.:3,AREA:3.031E-3，Izz:8.47E-6(3号实常数用于底梁)→OK(backtoRealConstantswindow)→Close(theRealConstantswindow)(5)定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:2.1e11,PRXY:0.3(定义泊松比及弹性模量)→OK→Density(定义材料密度)→inputDENS:7800,→OK→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ANSYSMainMenu：Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→NPTKeypointnumber：1，X，Y，ZLocationinactiveCS：0，0→Apply→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),(4,5.5),(8,5.5),(12,5.5),(16.5.5),(20,5.5),(24,5.5),(28,5.5)）→Lines→Lines→StraightLine→依次分别连接特征点→OK网格划分ANSYSMainMenu:Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→PickedLines→选择桥顶梁及侧梁→OK→selectREAL:1,TYPE:1→Apply→选择桥体弦杆→OK→selectREAL:2,TYPE:1→Apply→选择桥底梁→OK→selectREAL:3,TYPE:1→OK→ANSYSMainMenu：Preprocessor→Meshing→MeshTool→位于SizeControls下的Lines：Set→ElementSizeonPicked→Pickall→Apply→NDIV：1→OK→Mesh→Lines→Pickall→OK(划分网格)(7)模型加约束ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→选取桥身左端节点→OK→selectLab2:AllDOF(施加全部约束)→Apply→选取桥身右端节点→OK→selectLab2:UY(施加Y方向约束)→OK(8)施加载荷ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnKeypoints→选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20）→OK→selectLab:FY，Value:-5000→Apply→选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16）→OK→selectLab:FY，Value:-10000→OK→ANSYSUtilityMenu：→Select→Everything(9)计算分析ANSYSMainMenu：Solution→Solve→CurrentLS→OK(10)结果显示ANSYSMainMenu：GeneralPostproc→PlotResults→Deformedshape→Defshapeonly→OK（返回到PlotResults）→ContourPlot→NodalSolu→DOFSolution,Y-ComponentofDisplacement→OK（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ANSYSMainMenu→GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable→Add→Lab:[bar_I],Bysequencenum:[SMISC,1]→OK→Close定义线性单元J节点的轴力ANSYSMainMenu→GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable→Add→Lab:[bar_J],Bysequencenum:[SMISC,1]→OK→Close画出线性单元的受力图(见图3-24(b))ANSYSMainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→LineElemRes→LabI:[bar_I],LabJ:[bar_J],Fact:[1]→OK(11)退出系统ANSYSUtilityMenu：File→Exit→SaveEverything→OK(a)桥梁中部最大挠度值为0.003374m(b)桥梁中部轴力最大值为25380N图3.24桁架桥挠度UY以及单元轴力计算结果【ANSYS算例】3.4.2(2)基于命令流方式的桁架桥梁结构分析!%%%%%[ANSYS算例]3.4.2(2)%%%%%begin%%%%%%!------注：命令流中的符号$，可将多行命令流写成一行------/prep7!进入前处理/PLOPTS,DATE,0!设置不显示日期和时间!=====设置单元和材料ET,1,BEAM3!定义单元类型R,1,2.19E-3,3.83e-6,,,,,!定义1号实常数用于顶梁侧梁R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0,!定义2号实常数用于弦杆R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0,!定义3号实常数用于底梁MP,EX,1,2.1E11!定义材料弹性模量MP,PRXY,1,0.30!定义材料泊松比MP,DENS,1,,7800!定义材料密度!-----定义几何关键点K,1,0,0,,$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!------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!------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性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,,,,!------划分网格AllSEL,all!再恢复选择所有对象LESIZE,all,,,1,,,,,1!对所有对象进行单元划分前的分段设置LMESH,all!对所有几何线进行单元划分!=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解/soluNSEL,S,LOC,X,0!根据几何位置选择节点D,all,,,,,,ALL,,,,,!对所选择的节点施加位移约束AllSEL,all!再恢复选择所有对象NSEL,S,LOC,X,32!根据几何位置选择节点D,all,,,,,,,UY,,,,!对所选择的节点施加位移约束ALLSEL,all!再恢复选择所有对象!------基于几何关键点施加载荷FK,4,FY,-5000$FK,6,FY,-5000$FK,5,FY,-10000/replot!重画图形Allsel,all!选择所有信息(包括所有节点、单元和载荷等)solve!求解!=====进入一般的后处理模块/post1!后处理PLNSOL,U,Y,0,1.0!显示Y方向位移PLNSOL,U,X,0,1.0!显示X方向位移!------显示线单元轴力------ETABLE,bar_I,SMISC,1ETABLE,bar_J,SMISC,1PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1!画出轴力图finish!结束!%%%%%[ANSYS算例]3.4.2(2)%%%%%end%%%%%%