简单桁架桥梁ANSYS分析 - 图文

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\North Park Bridge\ (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=5000 N, P2=10000N，见图3-23。

图3-22位于密执安的\North Park Bridge\ (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(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。

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天意 11:36:47

(1)进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）

程序→ ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory（设置工作目录）→ Initial jobname

（设置工作文件名）:TrussBridge → Run → OK (2)设置计算类型

ANSYS Main Menu：Preferences… → Structural → OK (3)定义单元类型

hhQ?RRN??QQ

wwwwww..bbzzffxxww..ccoomm QM?9NN?} ANSYS Main Menu：

Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete... → Add…→ Beam: 2d

elastic 3 → OK（返回到Element Types窗口）→ Close (4)定义实常数以确定梁单元的截面参数

ANSYS Main Menu: Preprocessor → Real Constants…→ Add/Edit/Delete → Add…→ select Type 1

Beam 3 → OK → input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Izz: 3.83e-6(1号实常数用于顶梁和 侧

梁) → Apply → input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6 (2号实常数用于弦杆)

→ Apply → input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，Izz: 8.47E-6 (3号实常数用于底梁) → OK

(back to Real Constants window) → Close (the Real Constants window)

(5)定义材料参数

ANSYS Main Menu: Preprocessor → Material Props → Material Models → Structural → Linear

→ Elastic → Isotropic → input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比及弹性模量) → OK → Density (定

义材料密度) → input DENS: 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 ANSYS Main Menu：

Preprocessor → Modeling → Create → Keypoints → In Active CS → NPT

Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：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 → Straight Line →依次分别连接特征点 → OK 网格划分

ANSYS Main Menu: Preprocessor → Meshing → Mesh Attributes → Picked Lines →选择桥顶梁

及侧梁→ OK → select REAL: 1, TYPE: 1 → Apply →选择桥体弦杆→ OK → select REAL: 2, TYPE: 1 → Apply →选择桥底梁

→ OK → select REAL: 3, TYPE:1 → OK → ANSYS Main Menu： Preprocessor → Meshing → MeshTool →位于Size Controls下的Lines：Set → Element Size on Picked → Pick all → Apply → NDIV：

1 → OK → Mesh → Lines → Pick all → OK (划分网格) (7)模型加约束

ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural→ Displacement → On

Nodes →选取桥身左端节点→ OK → select Lab2: All DOF(施加全部约束) → Apply →选取桥身右

端节点→ OK → select Lab2: UY(施加Y方向约束) → OK (8)施加载荷

ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural → Force/Moment → On

Keypoints →选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20）→ OK → select Lab: FY，Value: -5000

→ Apply →选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16）→ OK → select Lab: FY，Value: -10000 → OK → ANSYS Utility Menu：→ Select → Everything (9)计算分析

ANSYS Main Menu：Solution → Solve → Current LS → OK (10)结果显示

ANSYS Main Menu：

General Postproc → Plot Results → Deformed shape → Def shape only → OK

（返回到Plot Results）

→ Contour Plot → Nodal Solu → DOF Solution, Y-Component of Displacement

→ 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

ANSYS Main Menu → General Postproc → Element Table → Define Table → Add → Lab:

[bar_I], By sequence num: [SMISC,1] → OK → Close 定义线性单元J节点的轴力

ANSYS Main Menu → General Postproc → Element Table → Define Table → Add → Lab:

[bar_J], By sequence num: [SMISC,1] → OK → Close 画出线性单元的受力图(见图3-24(b))

ANSYS Main Menu → General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Line Elem Res →

LabI: [ bar_I], LabJ: [ bar_J], Fact: [1] → OK (11)退出系统

ANSYS Utility Menu：File → Exit → Save Everything → OK

(a)桥梁中部最大挠度值为0.003 374m (b)桥梁中部轴力最大值为25 380N

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) %%%%% 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

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