ANSYS的钢桁架静力分析命令流实例

ANSYS的钢桁架静力分析命令流摘要：在实际工程结构中，最常用的方法是结构的线性静力分析。尽管结构形式与建筑材料多种多样，设计规范与设计原理也不尽相同，但在设计过程中结构分析却是一致的，基本上采用线弹性分析结构的内力。因此，结构的线性静力分析应用广泛，并且是其他各种分析的基础。本文介绍的内容是探讨ANSYS有限元软件对钢桁架的静力受力分析。关键词：结构；桁架；静力分析；ANSYS;有限元TheStaticalAnalysisofSteelTrussbasedonANSYSAbstract:Inthepracticalengineeringstructure,themostcommonlyusedmethodisthestructurallinearstaticalanalysis.Althoughstructuralstyleandbuildingmaterialsvaried,designcodeanddesignconceptisdifferent,Inthedesignprocessthestructuralanalysisisnodifferenceandthestructureinternalforceisalwaysanalyzedthroughusinglinearelastic.Therefore,thelinearstaticanalysisofstructureiswidelyusedandisothervariousanalysisfoundation.ThispaperintroducesthestaticforceanalysisofsteeltrussbyfiniteelementsoftwareANSYS.KeyWords:structure;truss;staticalanalysis;ANSYS;finiteelement1引言ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和热场分析于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于土木、地质、矿业、材料、机械、仪器仪表、热工、水利、生物医学和原子能等工程的分析和科学分析。ANSYS的主要技术特点有：强大的建模功能、强大的求解能力、强大的非线性分析能力、强大的网格划分能力、良好的优化能力、单场及多场耦合分析能力、具有多种接口能力、强大的后处理能力、强大的二次开发能力、强大的数据统一能力、支持多种硬件平台和操作系统平台。其分析功能有结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析、耦合场分析，其中结构分析有七种类型分别为静力分析、特征屈曲分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析、谱分析、显示动力分析。ANSYS按功能模块分为九个处理器，当在某个处理器完成操作后，应先退出该处理器后再进入其它处理器，同时可以采用菜单方式或命令流方式进行操作。本文主要讲述了采用ANSYS命令流方式对钢桁架进行的静力分析。2实例——钢桁架桥静力受力分析2.1问题描述已知下沉式简支钢桁架桥长72米，每个节段长12米，桥宽10米，高16米。设桥面板为0.3米厚的混凝土板。钢桁架桥如图1所示。桁架杆件规格有三种，见表1。表1钢桁架桥杆件规格杆件截面号形状规格端斜杆1工字型400×400×16×16上下弦2工字型400×400×12×12横向连续梁2工字型400×400×12×12其他腹杆3工字型400×300×12×12钢桁架桥的材料属性见表2。表2材料属性参数钢材混凝土弹性模量EX2.1×11103.5×1010泊松比PRXY0.30.1667密度DENS785025002.2命令流操作方法finish$/clear/filname,gkj,1！定义工作文件名/title,trussbridgestaticanalysis！指定标题/com,structural！选择分析类型为结构分析/prep7！进入前处理器！et,1,beam4$et,2,shell63！定义1、2号单元类型sectype,1,beam,i,duan,0$secoffset,cent！定义1号工字型截面及质心secdata,0.4,0.4,0.4,0.016,0.016,0.016,0,0,0,0！1号截面参数sectype,2,beam,i,xianheng,0$secoffset,cent！定义2号工字型截面及质心secdata,0.4,0.4,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0！2号截面参数sectype,3,beam,i,fu,0$secoffset,cent！定义3号工字型截面及质心secdata,0.3,0.3,0.4,0.012,0.012,0.012,0,0,0,0！3号截面参数r,1,0.0187,0.17e-3,0.54e-3,0.4,0.4,0,！设置1号实常数r,2,0.0141,0.128e-3,0.415e-3,0.4,0.4,0！设置2号实常数r,3,0.0117,0.541e-4,0.324e-3,0.3,0.4,0！设置3号实常数r,4,0.3,,,,,,！设置4号实常数mp,ex,1,2.1e11$mp,prxy,1,0.3！定义1号材料泊松比、密度mp,dens,1,7850！定义1号材料弹性模量mp,ex,2,3.5e10$mp,prxy,2,0.1667！定义2号材料泊松比、密度mp,dens,2,2500！定义2号材料弹性模量n,,0,0,-5，，，，！建立节点ngen,4,4,all,,,12,,,1$ngen,2,1,all,,,,,10,1！复制节点ngen,2,1,2,10,4,,16,,1$ngen,2,1,3,11,4,,,-10,1！复制节点type,1$mat,1！选择1号单元类型、材料real,1！选择1号实常数esys,0！单元坐标系secnum,1！选择1号截面tshap,line！选择线形单元e,11,14$e,12,13！建立单元type,1$mat,1！选择1号单元类型、材料real,2！选择2号实常数esys,0！单元坐标系secnum,2！选择2号截面tshap,line！选择线形单元e,2,6$e,6,10$e,10,14$e,1,5$e,5,9！建立单元e,9,13$e,3,7$e,7,11$e,4,8$e,8,12e,1,2$e,3,4$e,5,6$e,7,8$e,9,10$e,11,12$e,13,14type,1$mat,1！选择1号单元类型、材料real,3！选择3号实常数esys,0！单元坐标系secnum,3！选择3号截面tshap,line！选择线形单元e,3,6$e,6,11$e,4,5$e,5,12$e,2,3！建立单元e,1,4$e,6,7$e,5,8$e,10,11$e,9,12type,2$mat,2！选择2号单元类型、材料real,4！选择4号实常数esys,0！单元坐标系tshap,quad！选择四边形单元e,1,2,6,5$e,5,6,10,9$e,9,10,14,13！建立单元nsym,x,14,all！所有节点以yoz平面对称esym,,14,all！所有单元以yoz平面对称nummrg,all,,,,low！合并重复节点单元，编号取较小者numcmp,all！压缩节点单元等编号finish/sol！进入求解器nsel,s,,,23,24！选择节点d,all,,0,,,,ux,uy,uz,,,,！约束3个自由度nsel,s,,,13,14！选择节点d,all,,0,,,,,uy,uz,,,,！约束2个自由度nsel,s,,,1,2！选择节点f,all,fy,-10000！施加竖向集中力荷载allsel,all！选择所有项目acel,0,10,0！施加重力antype,0！选择分析类型、静力分析Solve！开始求解finish！结束求解器施加位移约束及所有荷载后的模型如图2所示。图2施加约束及荷载后的模型/post1！进入普通后处理器pldisp,2！显示结构变形图如图3所示图3结构变形图plnsol,u,sum,0,1.0！显示总位移云图如图4所示图4总位移云图plvect,u,,,,vect,elem,on,0！显示节点总位移矢量图etable,zhou_i,smisc,1！定义单元表，轴力etable,zhou_j,smisc,7！定义单元表，轴力etable,jian_i,smisv,2！定义单元表，剪力etable,jian_j,smisc,8！定义单元表，剪力etable,wan_i,smisc,6！定义单元表，弯矩etable,wan_j,smisc,12！定义单元表，弯矩pretab,zhou_i,zhou_j,jian_i,jian_j,wan_i,wan_j！列表显示单元结果表plls,zhou_i,zhou_j,1,0！显示轴力图如图5所示图5轴力图plls,jian_i,jian_j,1,0！显示剪力图如图6所示图6剪力图plls,wan_i,wan_j,1,0！显示弯矩图如图7所示图7弯矩图prnsol,u,comp！列表显示节点位移finish！结束后处理器/exit，all！退出ANSYS并保存所有信息3结语ANSYS通用有限元软件在土木工程应用分析中可发挥巨大的作用。通过ANSYS有限元软件对钢桁架静力受力分析，可以较精确反应出结构的变形，应力分布，内力情况等；不仅如此，在动力分析中，ANSYS仍能较准确得出分析结果。当然ANSYS在其他热分析、流体分析、电磁场分析、耦合场分析中也能体现非常强大的功能。所以掌握一门有限元软件甚至更多对土木工程师来说是非常重要的，也是必须的。参考文献[1]赖永标,胡仁喜,黄书珍.土木工程有限元分析典型范例[M].北京:电子工业出版社,2007.[2]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社,2012.[3]邓凡平.ANSYS12有限元分析自学手册[M].北京:人民邮电出版社,2012.