橋梁計(jì)算(常用的計(jì)算方法).doc

橋梁仿真單元類型1一、建議選用的單元類型1二、常見橋梁連接部位2三、橋梁基礎(chǔ)的處理方式2 橋梁常見模型處理2一、橋梁中常用的模型可以用相應(yīng)的單元2二、橋梁建模要綜合運(yùn)用各種合適的單元3三、選用合適的分析方法3施加預(yù)應(yīng)力的方式3一、預(yù)應(yīng)力的模擬方式3二、建立預(yù)應(yīng)力的模型5 土彈簧的模擬5 混凝土的模擬5工況組合6一、典型的荷載工況步驟6二、存儲組合后的荷載工況6風(fēng)荷載的確定7地震波的輸入7初應(yīng)力荷載8Ansys可采用兩種方法來實(shí)現(xiàn)鉸接：8AUTOCAD模型輸入9用ANSYS作橋梁計(jì)算十三（其他文件網(wǎng)格劃分）12(一)時間選項(xiàng)13(二)子步數(shù)和時間步大小13(三)自動時間步長14(四)階躍或遞增載荷14關(guān)于階躍載荷和逐漸遞增載荷的說明：14一、用于動態(tài)和瞬態(tài)分析的命令14二、非線性選項(xiàng)14三、輸出控制15重新啟動一個分析16一、重啟動條件16二、一般重啟動的步驟17三、邊界條件重建1722在Ansys單元庫中，有近200種單元類型，在本章中將討論一些在橋梁 工程中常用到的單元，包括一些單元的輸人參數(shù)，如單元名稱、節(jié)點(diǎn)、自由 度、實(shí)常數(shù)、材料特性、表面荷載、體荷載、專用特性、關(guān)鍵選項(xiàng)KEYOPl等。 關(guān)于單元選擇問題 這是一個大問題，方方面面很多，主要是掌握有限元的理論知識。首先 當(dāng)然是由問題類型選擇不同單元，二維還是三維，梁，板殼，體，細(xì)梁，粗梁， 薄殼，厚殼，膜等等，再定義你的材料：各向同性或各向異性，混凝土的各項(xiàng) 參數(shù)，粘彈性等等。接下來是單元的劃分與網(wǎng)格、精度與求解時間的要求等 選擇，要對各種單元的專有特性有個大概了解。 使用Ansys，還要了解Ansys的一個特點(diǎn)是籠統(tǒng)與通用，因此很多東西 被掩蓋到背后去了。比如單元類型，在Solid里面看到十幾種選擇，Solid45， Solidl85，Solid95等，看來區(qū)別只是節(jié)點(diǎn)數(shù)目上。但是實(shí)際上每種類型里還 有Keyopt分成多種類型，比如最常用的線性單元Solid45，其Keyopt(1)：in cludeorexclude extradisplacement shapes，就分為非協(xié)調(diào)元和協(xié)調(diào)元，Keyopt (2)：fullintegration。rreducedintegration其實(shí)又是兩種不同的單元，這樣不同 組合一下這個Solid45實(shí)際上是包含了6種不同單元，各有各的不同特點(diǎn)和 用處。因此使用Ansys要注意各單元的Keyopt選項(xiàng)。不同的選項(xiàng)會產(chǎn)生不 同的結(jié)果。 舉例來說：對線性元例如Solid45，要想把彎曲問題計(jì)算得比較精確，必 須要采用非協(xié)調(diào)模式。采用完全積分會產(chǎn)生剪切鎖死，減縮積分又會產(chǎn)生 零能模式(ZEM)，非協(xié)調(diào)的線性元可以達(dá)到很高的精度，并且計(jì)算量比高階 刷、很多，在變形較大時，用Enhanced Strain比非協(xié)調(diào)位移模式(Enhaced Displacement)更好(Solidl85)。但是這些非協(xié)調(diào)元都要求網(wǎng)格比較規(guī)則才 行，網(wǎng)格不規(guī)則的話，精度會大大下降，所以如何劃分網(wǎng)格也是一門實(shí)踐性 很強(qiáng)的學(xué)問。 采用高階單元是提高精度的好辦法，拿不定主意時采用高階元是個比較保險(xiǎn)的選擇，但是高階單元在某些情況下也會出現(xiàn)剪切鎖死，并且很難發(fā)現(xiàn)，因此用減縮積分的高階元通常是最保險(xiǎn)的選擇，但是在大位移時，網(wǎng)格扭曲較大，減縮積分就不適用。 不同結(jié)構(gòu)形式的橋梁具有不同的力學(xué)行為，必須針對性地創(chuàng)建其模型， 選擇維數(shù)最低的單元去獲得預(yù)期的效果(盡量做到能選擇點(diǎn)而不選擇線，能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼，能選擇殼而不選擇三維實(shí)體)。下面的幾節(jié)介紹一下橋梁工程計(jì)算中經(jīng)常會用到的單元。 橋梁仿真單元類型 一、建議選用的單元類型 在橋梁用Ansys建立模型時，可參照以下建議用的單元進(jìn)行橋梁模型 的建立。 1梁(配筋)單元：橋墩、箱梁、縱橫梁。 2板殼(配筋)單元：橋面系統(tǒng)。 3實(shí)體(配筋)單元：橋墩系統(tǒng)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。 4拉桿單元：拱橋的系桿、吊桿。 5拉索單元：斜拉橋的索、懸索橋的鋼絲繩。 6預(yù)緊單元：索力控制、螺栓鉚釘連接。 7連接單元：支座、地基。 二、常見橋梁連接部位 在橋梁建立模型時要準(zhǔn)確模擬邊界條件，因此要準(zhǔn)確分析連接部位的 固有特性。 (一)常見橋梁連接部位 1固定支座、鉸支、可滑移支座等空間支座系統(tǒng)。 2帶減振和隔振措施的減振支座系統(tǒng)。 3地基主體之間樁-基系統(tǒng)。 4剛構(gòu)之間的螺栓連接、鉚接等。 5梁管之間的球接和鉸接等。 (二)連接部分解決方法 Ansys在解決橋梁不同的連接部位時可選用如下的方法： 1Combin7、Combin40、Linkll、Contact52、Combine38彈簧(阻尼、間隙元)：可用來模擬支座、繩索、拉桿等橋梁部件。 2預(yù)緊單元可解決螺栓、鉚釘連接的問題。 ， 3二力桿拉桿、索可解決拉索問題。 4耦合與約束方程可解決梁與塔橫梁的邊界約束關(guān)系。 5接觸單元如Contact52可模擬滑動支座、銷接等部件的真實(shí)情況。 (三)常見橋梁接觸問題 橋梁各個部分之間可能存在如下三種接觸方式。 1滑移連接：點(diǎn)點(diǎn)接觸。 2綁定連接：點(diǎn)面接觸。 3轉(zhuǎn)動連接：面面接觸。 用接觸單元可模擬如：滑移支座接觸、擋塊與其他部件的接觸、振動時不同構(gòu)件的碰撞等問題，這里不再一一贅述。 三、橋梁基礎(chǔ)的處理方式 為了真實(shí)的模擬橋梁的實(shí)際情況，需要真實(shí)模擬橋梁的基礎(chǔ)受力、變形及約束情況，建議建立模型時采用如下方案。 1基礎(chǔ)平臺與樁基：用實(shí)體模型、預(yù)應(yīng)力配筋。 2基礎(chǔ)與巖土系統(tǒng)：有限區(qū)域?qū)嶓w模型、預(yù)應(yīng)力配筋。 橋梁常見模型處理 一、橋梁中常用的模型可以用相應(yīng)的單元 1剛構(gòu)橋、拱橋：梁與桿單元組合模型。 2鋼管混凝土：復(fù)合截面梁模型。 3連續(xù)梁：梁模型。 4斜拉橋懸索橋：梁、板殼、索或桿單元組合模型。 5，立交橋：實(shí)體墩、板殼橋面和加強(qiáng)梁混合模型。 6局部詳細(xì)計(jì)算：實(shí)體(考慮配筋)或板模型，以便考慮模型細(xì)節(jié)特征， 如結(jié)構(gòu)尺寸構(gòu)造倒角、厚薄或粗細(xì)過度、凹凸部分以及配筋等。 二、橋梁建模要綜合運(yùn)用各種合適的單元 對橋梁進(jìn)行總體分析應(yīng)該遵循如下原則： 1支座系統(tǒng)采用彈簧阻尼系統(tǒng)； 2連接部位采用耦合與約束方程； 3橋墩系統(tǒng)采用截面梁、配筋梁； 4橋面系統(tǒng)采用截面梁、配筋梁、板殼、梁板組合。 對橋梁進(jìn)行局部分析應(yīng)該遵循如下原則： 1支座系統(tǒng)采用實(shí)體模型：粘彈(粘塑、超彈、塑性)大變形(位移)； 2連接部位采用接觸模型：實(shí)體、板殼、梁或組合模型； 3橋墩系統(tǒng)采用實(shí)體模型：配筋與混凝土破壞； 4橋面系統(tǒng)采用實(shí)體或板殼：配筋與混凝土破壞，組合梁之間的耦合 與約束方程。 三、選用合適的分析方法 、 在對橋梁進(jìn)行建模計(jì)算時對不同的計(jì)算目的要采取不同的計(jì)算步驟。 (一)靜態(tài)計(jì)算 1根據(jù)分析類型承載特點(diǎn)建立合理梁、板、實(shí)體、拉桿(模擬索)模型； 2材料與幾何非線性效應(yīng)； 3連接部位與支座的正確處理。 (二)動力分析 1盡量采用梁、板殼或二者組合模型； 2附屬結(jié)構(gòu)簡化為質(zhì)點(diǎn)，建立與總體結(jié)構(gòu)耦合關(guān)系； 3連接部位與支座自由度協(xié)調(diào)合理； 4應(yīng)當(dāng)考慮大變形、初應(yīng)力以及預(yù)張力的動力影響； 5必須正確考慮阻尼效應(yīng)； 6材料與幾何非線性效應(yīng)。施加預(yù)應(yīng)力的方式一、預(yù)應(yīng)力的模擬方式 Ansys里加預(yù)應(yīng)力有幾種方式： 1直接在單元中加，(Linkl0等單元可以通過Real實(shí)常數(shù)來加)。 2用F加力，然后在分析時打開Prestlss，加。 3用溫度變化模擬。 在常用的軟件系統(tǒng)中，預(yù)應(yīng)力混凝土分析根據(jù)作用不妨分為兩類：分離式和整體式。所謂分離式就是將混凝土和力筋的作用分別考慮(脫離體)，以荷載的形式取代預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用，典型的如等效荷載法；而整體式則是將二者的作用一起考慮，典型的如Ansys中用Link單元模擬力筋的方法。 (一)線性或非線性的考慮 對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，只要是開裂前階段的應(yīng)力分析，完全可以將混凝土視為彈性材料，當(dāng)然鋼筋也是彈性材料，這主要在使用荷載階段的應(yīng)力分析。假如要進(jìn)行開裂和極限分析，則必須考慮二者的非線性特性。 (二)分離式方法(等效荷載法)的特點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn)是建模簡單，不必考慮力筋的位置而可直接建模，當(dāng)然網(wǎng)格劃分也簡單，對結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下的整體效應(yīng)可比較快捷地掌握。 其缺點(diǎn)是比較明顯的： 不便模擬細(xì)部，例如力筋所在位置對結(jié)構(gòu)的影響顯然是不同的，假如一定要模擬，則荷載必須施加在力筋的位置上，故其建模的方便性就消失了； 等效荷載法沒有考慮力筋對混凝土的作用分布和方向，力筋對混凝土作用顯然在各處是不同的，而等效荷載法則沒有計(jì)及此點(diǎn)； 對張拉過程無法模擬； ， 在其他外荷載作用下的共同作用不便考慮，否則要加入力筋(其建模則同整體式)，不能確定力筋在外荷載作用下的應(yīng)力增量； 可以模擬應(yīng)力損失的影響。 但是對于只關(guān)注預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本性能時，可以考慮采用等效荷載法。 (三)整體式方法的特點(diǎn) 將混凝土和力筋劃分為不同的單元逛考慮，而模擬預(yù)應(yīng)力可以采用 降溫方法和初應(yīng)變方法。降溫方法比較簡單，同時可以模擬力筋的損失，單 元和實(shí)常數(shù)幾種即可；而采用初應(yīng)變又要模擬力筋各處不同的應(yīng)力時，每個 單元的實(shí)常數(shù)各不相等，工作量較大。所以比較而言，采用整體式時考慮降 溫方法為宜。 主要缺點(diǎn)是建模不便，尤其是當(dāng)力筋較多且曲線布筋時(可以采用 APDL解決)；其優(yōu)點(diǎn)也比較明顯： 力筋的具體位置一定，對結(jié)構(gòu)的影響可全面的考慮； 力筋對混凝土的作用近似的得到考慮(在結(jié)點(diǎn)處)； 可以模擬張拉不同的力筋，以優(yōu)化張拉順序； 不管何種荷載，都是力筋和混凝土共同承擔(dān)的，可以得到力筋在任何 荷載下的應(yīng)力； 可以模擬應(yīng)力損失的影響。 但在后張法中有幾個問題是應(yīng)該考慮的(當(dāng)然可以不予理睬)： 力筋的滑動問題。在張拉過程中，力筋與混凝土之間沒有粘結(jié)，存 在接觸和滑動，而張拉完畢后，一般又都建立了粘結(jié)。這個問題可以這樣 考慮，因?yàn)榉治隹偸菑埨戤?哪怕是某一束)，這時顯然沒有滑動問題 了，即可以按有粘結(jié)處理；而在荷載作用下有了粘結(jié)，自然可以按有粘結(jié) 處理。 在張拉完畢后力筋的應(yīng)力是已知的，在分析時輸入降溫也是按張拉 應(yīng)力反算的，計(jì)算后力筋的應(yīng)力顯然不等于張拉應(yīng)力。這里有彈性壓縮的 問題，即降溫應(yīng)該計(jì)人混凝土彈性壓縮損失，你可以考慮增大一定的比例， 然后降溫計(jì)算，二者相符或差別合適時認(rèn)可。綜上，類似計(jì)算分析，建議采 用整體式之降溫模擬方法。 二、建立預(yù)應(yīng)力的模型 在模擬預(yù)應(yīng)力鋼筋時，傳統(tǒng)的方式是把預(yù)應(yīng)力鋼筋作為體積的邊界，把 混凝土體積分割開來，Glue后劃分混凝土單元，邊界就作為Link或Beam單 元了。普通鋼筋可以用Solid65的分布鋼筋模擬，其實(shí)常數(shù)數(shù)據(jù)很簡單。 Solid65單元模擬精度很高，只要各材料參數(shù)取的正確就可以十分好地 模擬混凝土構(gòu)件加載到變形開裂破壞的全過程，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分接近。但是要注意混凝土的取值，彈性模量抗壓強(qiáng)度不能取規(guī)范值，要用實(shí)驗(yàn)公式。 在模擬鋼筋混凝土的時候，一般的建模做法是：先建立體，然后使用面 去切割體，把體切割成幾個部分，在各個部分之間有共用的邊界線，把這些 邊界線定義成Link單元，這樣就在體單元內(nèi)建立于Link單元。因?yàn)長ink單 元就在Solid體單元的邊界線上，這樣在網(wǎng)格劃分的時候兩種單元會產(chǎn)生共 同的節(jié)點(diǎn)，也就可以共同工作了。土和砼的模擬 土彈簧的模擬 Linkl0相當(dāng)于用桿件提供約束，只不過此類單元可以設(shè)為只能受拉或只能受壓。如果混凝土與節(jié)點(diǎn)底板分離，單元將不起作用，否則Hnkl0單元要承受拉力。如果用Linkl0的話，你可以把不與結(jié)構(gòu)相聯(lián)接的一端所有自由度都約束，與結(jié)構(gòu)連接二端是否約束則看結(jié)構(gòu)的具體情況，與Linkl0無關(guān)。Linkl0單元只能提供軸向位移的約束，不可抗剪。剛度可以這樣算，KxAL，不與結(jié)構(gòu)連接的節(jié)點(diǎn)可取沿約束方向上的任意位置。兩節(jié)點(diǎn)確定后，A是定的。你只要保證K的值沒錯，愿意怎樣組合都行。 至于特定問題，可以定義兩種Linkl0單元，第一種只能受拉，第二種只能受壓。當(dāng)然ElementTypeNumber(單元類型指代號碼)是不同的。如果你擔(dān)心自己兩種容易搞錯，可以只定義一種Linkl0單元，把第二種的節(jié)點(diǎn)取約束的反方向即可。 。 混凝土的模擬 Ansys的Soiid65單元是專為混凝土、巖石等抗壓能力遠(yuǎn)大于抗拉能力的非均勻材料開發(fā)的單元。它可以模擬混凝土中的加強(qiáng)鋼筋，以及材料的拉裂和壓潰現(xiàn)象。 鋼筋混凝土有限元有三種基本模型：分離式、組合式和整體式。Solid65單元采用Q6是整體式有限元模型，即將鋼筋彌散于整個單元中，將加筋混凝土視為連續(xù)均勻材料，求出的是一個統(tǒng)一的剛度矩陣。 Solid65單元中的鋼筋采用實(shí)常數(shù)的方法進(jìn)行添加，鋼筋的尺寸由混凝土的體積比確定。可以得到三種鋼筋，這三種鋼筋可以具有不同的材料，不同的方向。 從抗剪的角度出發(fā)，箍筋在截面的位置可以是任意的，因此這種方法對 于鋼筋混凝土中均勻分布的箍筋的設(shè)置比較適合。但與縱筋的實(shí)際情況卻 有一定的距離，下面這兩種方法可以更好地模擬縱筋的受力情況： (1)將縱筋密集的區(qū)域設(shè)置為不同的體，使用帶筋的Solid65單元，而無 縱筋區(qū)則設(shè)置為無筋65單元，這樣就可以將鋼筋區(qū)域縮小，接近真實(shí)的工 程情況。 (2)采用桿單元來模擬縱筋，即采用分離式的有限元模型。為了建模方 便，可將實(shí)體分為幾個部分，使其交線為縱筋位置，這樣就可以對交線劃分 籽單元。此時，還可以對桿施加預(yù)應(yīng)力來模擬預(yù)應(yīng)力混凝土。工況組合荷載工況組合是荷載工況之間的運(yùn)算，典型情況為當(dāng)前在數(shù)據(jù)庫中的 荷載工況和在另外一結(jié)果文件中的荷載工況間的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果將改寫數(shù) 據(jù)庫中的結(jié)果數(shù)據(jù)部分，可以顯示及列出荷載工況組合。 一、典型的荷載工況步驟 組合包括以下幾步： 1用kcdef命令定義荷載工況，kcdef，Lcno，Lstep，Sbstep，Kimg 2用I_case命令將荷載工況一讀人數(shù)據(jù)庫Lease，Lcno 3用Lcoper命令執(zhí)行所需的運(yùn)算Looper，Oper，Lcasel，Oper2，Lcase2 下面舉例說明一下工況的具體應(yīng)用。 假設(shè)結(jié)果文件包括針對幾個荷載步的結(jié)果，若想比較荷載步5和荷載 步7，并將最大值存人內(nèi)存，做法如下： l_cdef，1，5將荷載工況1指向荷載步5 kcdef,2，7將荷載工況2指向荷載步7 Lease，1將荷載工況1讀人內(nèi)存 I_cover，Max，2與荷載工況2比較數(shù)據(jù)庫并將最大值存人內(nèi)存。 Lcwrite，12寫當(dāng)前荷載工況到文件JobnameL12 Lcae，3將荷載工況3讀人內(nèi)存 I_coper,Add，12在JobnameL12文件中將數(shù)據(jù)庫追加到荷載工況中 二、存儲組合后的荷載工況 缺省情況下，荷載工況組合的結(jié)果存在內(nèi)存中，并覆蓋數(shù)據(jù)庫中的結(jié)果 部分。要保存這些結(jié)果，作為以后瀏覽或以后的荷載工況組合，用下列方法 之一： 1將數(shù)據(jù)寫到荷載工況文件中。 2將數(shù)據(jù)追加到結(jié)果文件中用kcwrite，Lcno，F(xiàn)name，Ext，Dir命令把當(dāng) 前內(nèi)存中的荷載工況寫到荷載工況文件中。 用kcwrite命令把當(dāng)前內(nèi)存中的荷載工況寫到荷載工況文件中。文件名為JobnameLnn。這里皿為分配的荷載工況號。在后續(xù)的荷載工況組合 中皿指的是存人荷載工況文件的荷載工況。例如有這樣的問題：工況1是 自重，工況2是集中荷載F，工況3二15倍的工況1+11倍的工況2，這個 工況3如何定義? 可通過荷載步定義。在NO3STEP定義15倍的工況1；NO4STEP定 義11倍的工況2；NO5SETP定義NO3+NO4+，其中11和15的系 數(shù)可在荷載步中的選項(xiàng)中定義。也可對每種荷載分別定義為一種loadcase， 然后在通用后處理器postl中進(jìn)行組合。風(fēng)荷載的確定首先要確定場地的風(fēng)特性、平均風(fēng)速、譜特性等，將紊流風(fēng)速分解為定 常平均風(fēng)分量和相應(yīng)的紊動分量U+u()。 平均風(fēng)速可由地表?xiàng)l件根據(jù)對數(shù)律得出?！?c)就是要模擬的紊流風(fēng) 速序列。有了其譜特性，可以生成大氣邊界層紊流的人工風(fēng)速序列，這是做 結(jié)構(gòu)風(fēng)振計(jì)算的重要步驟。目前的隨機(jī)序列擬合法有基于FOURIER分析 的波疊加法和時間序列理論的ARMA模型法，都是生成具有目標(biāo)風(fēng)速譜的 高斯平穩(wěn)序列。有實(shí)測得來的風(fēng)速序列最好，但通常是用模擬的風(fēng)速序列 作為輸入。模擬出的人工紊流序列要盡可能地符合實(shí)際大氣邊界層紊流特 性，才能保證計(jì)算結(jié)果的合理性。目前為止都是以紊流目標(biāo)譜或相關(guān)作為 擬合目標(biāo)，對多點(diǎn)則是相關(guān)矩陣或互譜矩陣。作隨機(jī)響應(yīng)分析PSD是很好 的辦法，基于大量實(shí)測資料而統(tǒng)計(jì)出的譜本身就是作隨機(jī)響應(yīng)分析的很好 輸入，比單純的一條序列更有代表性。但由于隨機(jī)計(jì)算難以考慮非線性，故 生成具體的隨機(jī)序列作為輸入，用有限元法計(jì)算動力響應(yīng)是更普遍的方法。 常用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的譜公式有：Davenport譜，Kaimal譜，Karman譜等。譜擬合 ：不僅在風(fēng)工程中有應(yīng)用，在人工地震波和人工海浪波生成中也有應(yīng)用。相 應(yīng)方法與風(fēng)序列的生成大同小異。地震波的輸入對于地震波的輸入，可以把荷載記錄做成文件，利用Apdl的讀取功能讀 人數(shù)據(jù)庫中。下面的例子是自己編的一個小文件，修改一下可以更簡潔。 地震波時程記錄分成了3個文件，每個文件是一列，分別記錄z、y、z 方向的加速度。這樣就可以把加速度記錄讀取到Ansys數(shù)據(jù)庫中作為數(shù) 組。也可以把加速度記錄做成一個文件，這樣程序就簡單多了。下面是計(jì) 算部分語句： Solu !進(jìn)入求解模塊 Antype，Trans !求解類型為瞬態(tài) TmStart=001 1開始時間 TmEnd=15001 1結(jié)束時間 TmIncr=001 1時間步長 Do，TM，TM Start，TM End，TM lncr !循環(huán) Time，0.05 !指定時間 alpha， !指定質(zhì)量矩際系數(shù) iBetad， !指定剛度矩際系數(shù) Aeel，Acex()，Acey()，Acez() !指定力p速度大小 Solve !求解 Enddo !結(jié)束循環(huán) exit !退出求解模塊初應(yīng)力荷載在作橋梁設(shè)計(jì)時，為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的可靠度，往往需要對結(jié)構(gòu)施加初應(yīng)力 荷載。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時，Ansys中可以使用輸入文件來把初應(yīng)力指定為一 種荷載。初應(yīng)力荷載只許用于靜態(tài)和完全瞬態(tài)分析中(分析可以是線性或非線性的)。初應(yīng)力只能在分析的第一個荷載步中施加，用stile命令來指定、列表和刪除初應(yīng)力。該命令只能用于Solution處理器中。 Isfile命令的loc變元用于指定這些初應(yīng)力的位置。初應(yīng)力可指定在單元的中心或單元積分點(diǎn)處，koc的缺省值0對應(yīng)于單元中心，koc：1對應(yīng)于單元積分點(diǎn)。對于網(wǎng)格中的每個個別單元，也可以通過Loc=2來指定不同的初應(yīng)力位置。在這種情況下，每個單元的初應(yīng)力位置將用個別單元的局部位置標(biāo)志記錄在初應(yīng)力文件中。如二3指定網(wǎng)格中的每一個單兀的初應(yīng)力狀態(tài)都是相同的。對于這種情況，對所有單元只需指定一個應(yīng)力張量。 只有單元類型Plane2、Plane42、Solid45、Plane82、Solid92、Solid95、SheHl81、Planel82、Planel83、Solidl85、Solidl86、Solidl87，Beaml88和Beaml89支持初應(yīng)力輸入功能。Beam單元和Shdl單元的初應(yīng)力必須在所有域段的積分點(diǎn)處指定。要使用stile命令，初應(yīng)力必須列在一個外部ASCII文件中，初應(yīng)力文件中的注釋用“!”標(biāo)記在注釋行的第一個字符處指定。每個單元記錄的第一行應(yīng)該由字符串ELS開頭，后面跟單元號和任意的局部位置標(biāo)志，這些項(xiàng)必須用逗號隔開。如果stile命令的變元koc的值為0、1或3，則局部位置標(biāo)志將被忽略。如果koc二2，則必須對每一個單元指定局部位置標(biāo)志。局部位置標(biāo)志必須是下面的一個值：對于單元中心(缺省)為0，對于積分點(diǎn)為1。任何的其他值都會產(chǎn)生錯誤并使得Isfile命令被忽略。 每個單元記錄的第一行后面緊跟的一行指定單元的每一個應(yīng)力點(diǎn)的單元應(yīng)力記錄。當(dāng)Loc：0時，只需指定每個單元中心處的一個應(yīng)力記錄，當(dāng)如=1時，每個單元的應(yīng)力記錄的數(shù)目等于單元積分點(diǎn)的數(shù)目。Ansys要求每個應(yīng)力記錄中有6個應(yīng)力張量分量，當(dāng)Loc：3時，初應(yīng)力文件中的第一個單元的應(yīng)力記錄將被用于指定所有單元的相同的初應(yīng)力。如果對一個單元定義了單元坐標(biāo)系(Esys)，則初應(yīng)力必須在這個坐標(biāo)系中指定。如何實(shí)現(xiàn)鉸接Ansys可采用兩種方法來實(shí)現(xiàn)鉸接： 1在同一位置用2個Node，然后CP。 2只用一個Node，然后根據(jù)需要用一些可以釋放某些自由度的單元，如Beam44(Beanl44可以定義成PIN-PIN，PIN-FIX) et，22，beam44，1 keyopt，X，7，11 ！ beamelementpin-fix(1端鉸結(jié)J端固結(jié)) et，23，beam44，1 keyopt，23，8，11 ！ beamelementfix-pin(J端鉸結(jié)，I端固結(jié)) keyopt，24，7，11 ！ beamelementpin-pin(1端鉸結(jié)，J端固結(jié))下面舉例說明鉸接的應(yīng)用。如上圖所示為一中間鉸接的結(jié)構(gòu)，兩端固結(jié)，均布荷載，作出彎矩圖。命令流如下： prep7 !進(jìn)入前處理 et，1，beam44 ！定義混凝土單元類型 et，2，beam44 ！定義鋼筋單元類型 et，3，beam44 ！定義混凝土彈性模量 keyopt，1，8，11 ！第一種單元的J節(jié)點(diǎn)X、Y方向轉(zhuǎn)動放松 keyopt，2，7，11 ！第一種單元的I節(jié)點(diǎn)X、Y方向轉(zhuǎn)動放松 mp，dens，1，2600 ！單元一的質(zhì)量密度 mp，ex，1，3e7 ！單元一的彈性模量 r，1，3，4，5，1，1，0 ！單元一的實(shí)常數(shù) k，1， ！定義關(guān)鍵點(diǎn) k，2，10 k，3，10，8 k，4，5，5 1，1，2 ！通過關(guān)鍵點(diǎn)連接成直線 1，2，3 ， ldiv，1，10， ！將直線1等分為10份 ldiv，2，8， ！將直線2等分為10份 lsel，s，11 ！選擇直線11 LATF，1，1，1，4 ！賦予直線相關(guān)的特性 lsel，s，2 ！選擇直線2 LATF，1，1，2，4 ！賦予直線相關(guān)的特性 lsel，s，3，10，1 ！選擇直線3到10 lsel，a，1 ！添加直線1 lsd，a，12，18，1 ！添加直線12到18 LATY，1，1，3，4 ！賦予直線相關(guān)的特性 allsel ！全選 lmesh，dl ！劃分所有直線 d，1，dl ！約束節(jié)點(diǎn) d，104，dl esel，s，10，30，1 ！選擇單元10到30 sfbeam，all，1，pres，le2 ！施加均布荷載 allsel esel，s，35，50，1 ！選擇單元35到50 sfbeam，all，1，pres，2e2 ！施加均布荷載allsel solu ！進(jìn)入求解模塊 solve ！求解 POSTl ！進(jìn)入后處理 etable，m，smisc，5 ！建立彎矩單元表 plls，m，m ！繪制彎矩圖，如下圖4所示AUTOCAD模型輸入可以充分利用AutoCAD強(qiáng)大的繪圖功能，在AutoCAD中建立模型后，再輸入Ansys中進(jìn)行計(jì)算。AutoCAD建立的模型可以通過以下兩種方法傳人Ansys。 1對于三維實(shí)體(3d object) AutoCAD：File-Export保存類型選ACIS(xsat)-輸入文件名-選實(shí)體(選3d object) Ansys：FileImport-Sat輸入即可 優(yōu)點(diǎn)：用Sat文件轉(zhuǎn)換方便，而且一般不會有轉(zhuǎn)換問題 缺點(diǎn)：只能轉(zhuǎn)換三維實(shí)體或面域 2用Iges格式文件交換 AutoCADl2自帶輸出Iges格式文件工具，其他可通過Algor軟件將Dxf格式的模型轉(zhuǎn)換為Iges的格式文件然后再轉(zhuǎn)入Ansys：FileImport-iges輸入即可 優(yōu)點(diǎn)：各種實(shí)體類型都能轉(zhuǎn)換查詢函數(shù)的使用在Ansys操作過程或條件語句中，常常需要知道有關(guān)模型的許多參數(shù)值，如選擇集中的單元數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)、最大節(jié)點(diǎn)號等。此時，一般可通過Get命令來獲得這些參數(shù)?，F(xiàn)在，對于此類問題，我們有了一個更為方便的選擇，那就是查詢函數(shù)一Inquiry Function。 Inquiry Function類似于Ansys的*Get命令，它訪問Ansys數(shù)據(jù)庫并返回要查詢的數(shù)值，方便后續(xù)使用。Ansys每執(zhí)行一次查詢函數(shù)，便查詢一次數(shù)據(jù)庫，并用查詢值替代該查詢函數(shù)。 假如你想獲得當(dāng)前所選擇的單元數(shù)，并把它作為*Do循環(huán)的上界。傳統(tǒng)的方法是使用并Get命令來獲得所選擇的單元數(shù)并把它賦給一個變量，則此變量可以作為*Do循環(huán)的上界來確定循環(huán)的次數(shù)。 *Get，Elmax，elem，count *DO，I，1，Elmax *Enddo 現(xiàn)在可以使用查詢函數(shù)來完成這件事，把查詢函數(shù)直接放在xDO循環(huán) 內(nèi)，它就可以提供所選擇的單元數(shù)。 *Do，I，Elmior(0，13) *Enddo 這里的Elmiqr并不是一個數(shù)組，而是一個查詢函數(shù)，它返回的是現(xiàn)在所選擇的單元數(shù)。括弧內(nèi)的數(shù)是用來確定查詢函數(shù)的返回值。第一個數(shù)是用來標(biāo)識你所想查詢的特定實(shí)體(如單元、節(jié)點(diǎn)、線、面號等)，括弧內(nèi)的第二個數(shù)是用來確定查詢函數(shù)返回值的類型(如選擇狀態(tài)、實(shí)體數(shù)量等)。 同本例一樣，通常查詢函數(shù)有兩個變量，但也有一些查詢函數(shù)只有一個變量，而有的卻有三個變量。 查詢函數(shù)的種類和數(shù)量很多，下面是一些常用、方便而快速快捷的查詢 函數(shù)。1Area-Arinqr(Areaid，key) Areaid-查詢的面，對于Key：12，13，14可取為0； Key，標(biāo)識關(guān)于Areaidr的返回信息 =1，選擇狀態(tài) =12，定義的數(shù)目 =13，選擇的數(shù)目 =14，定義的最大數(shù) =1，材料號 =2，單元類型 =3，實(shí)常數(shù) =4，節(jié)點(diǎn)數(shù) =6，單元數(shù) Arinqr(Areaid，Key)的返回值 對于Key：1 =0，Areaid未定義 =1，Areaid未被選擇 =1，Areaid被選擇2Keypoints-Kpinqr(Kpid，Key) Kpid-查詢的關(guān)鍵點(diǎn)，對于Key：12，13，14為0 Key標(biāo)識關(guān)于Kpid的返回信息 =1，選擇狀態(tài) =12，定義的數(shù)目 =13，選擇的數(shù)目 =14，定義的最大數(shù)目 =1，數(shù)料號 =2，單元類型 =3，實(shí)常數(shù) =4，節(jié)點(diǎn)數(shù)，如果已分網(wǎng) =7，單元數(shù)，如果已分網(wǎng) Kpinqr(kpid，Key)的返回值 對于Key=1 =1，未選擇 =0，未定義 =1，選擇3Line-Lsinqr(Lsid，Key) Lsid-查詢的線段，對于Key=12，13，14為0 Key,標(biāo)識關(guān)于Lsid的返回信息 =1，選擇狀態(tài) =2，長度 =12，定義的數(shù)目 =13，選擇的數(shù)目 =14，定義的最大數(shù) =1，材料號 =2，單元類型 =3，實(shí)常數(shù) =4，節(jié)點(diǎn)數(shù) =6，單元數(shù)4Node-Ndinqr(Node，Key) Node-節(jié)點(diǎn)號，對于Key：12，13，14為0 Key標(biāo)識關(guān)于Node的返回信息 =1，選擇狀態(tài) =12，定義的數(shù)目 =13，選擇的數(shù)目 =14，定義的最大數(shù) =2，超單元標(biāo)記 =3，主自由度 =4，激活的自由度 =5，附著的實(shí)體模型 Ndinqr(Node，Key)的返回值 對于yey：1 =1，未選擇 =0，未定義 =1，選擇5。Volumes-Vlinqr(Vnmi，Key) Vnmi一查詢的體，對于Key=12，13，14為0 Key標(biāo)識關(guān)于Vnmi的返回信息 =1，選擇狀態(tài) =12，定義的數(shù)目 =13，選擇的數(shù)目 =14，定義的最大數(shù)目 =1，數(shù)料號 =2，單元類型 =3，實(shí)常數(shù) =4，節(jié)點(diǎn)數(shù) =6，單元數(shù) =8，單元形狀 =9，中節(jié)點(diǎn)單元 =10，單元坐標(biāo)系 Vlinqr(Vnmi，Key)的返回值 對于Key：1 =1，未選擇 =0，未定義 =1，選擇用ANSYS作橋梁計(jì)算十三（其他文件網(wǎng)格劃分）原創(chuàng)導(dǎo)人的圖形聯(lián)系在一起，但是沒有粘合在一起，如果這樣進(jìn)行網(wǎng)格劃分，各個圖形就不會通過單元節(jié)點(diǎn)聯(lián)系在一起，因此載荷也沒有辦法進(jìn)行傳遞，必須運(yùn)用布爾操作進(jìn)行處理，其處理方法有以下幾種。 1直接進(jìn)行Glue布爾操作，如果圖形形狀簡單，布爾操作就可能成功，這樣可以直接進(jìn)行下一步的處理。 2如果進(jìn)行布爾操作失敗，可根據(jù)提示進(jìn)行修正。有兩種提示錯誤： 一是說這種情況不適合用Glue操作，建議用Overlap命令，那就用Overlap命令進(jìn)行處理，Overlap完成后，再進(jìn)行Glue處理。如果提示拓?fù)渫嘶?，參見二說明。 二是說拓?fù)渫嘶ㄗh放寬布爾操作的精度，這時應(yīng)該放寬精度，放寬精度的時候應(yīng)注意，放寬的精度要至少比圖形中的最小尺寸精度小一個數(shù)量級，否則可能導(dǎo)致圖形劃分出現(xiàn)大的誤差，甚至導(dǎo)致錯誤。放寬精度后，進(jìn)行Glue操作，一般都會成功(注意放寬精度進(jìn)行布爾操作完成后，必須把精度調(diào)回來)。 3如果仍然不成功，可以采取Add操作，但是不能把所有的圖形都進(jìn)行Add操作，如果模型的材料不同，將來就無法給各個模型分配不同的材料屬性。這時要采取的步驟是把材料相同的有連接面或線的模型也就是體積Add在一起，使他們成為一個獨(dú)立的實(shí)體，把所有的模型都進(jìn)行了各自相關(guān)的Add操作后，對新生成的幾個體積進(jìn)行Glue操作，按照1、2的提示進(jìn)行，就會成功。 4一種比較沒有依據(jù)的方法，就是把體積分開，一個一個的進(jìn)行布爾操作，不行的話，記著換一換順序，有時就可以順利的通過了。載荷步選項(xiàng)載荷步選項(xiàng)是各選項(xiàng)的總稱，這些選項(xiàng)包括控制載荷如何在求解過程中使用的選項(xiàng)以及其他諸如輸出控制、阻尼特性設(shè)置和響應(yīng)頻譜數(shù)據(jù)等選項(xiàng)。載荷步選項(xiàng)隨載荷步的不同而不同，有以下幾種類型的載荷步選項(xiàng)： 1通用選項(xiàng)2動力學(xué)選項(xiàng) 3輸出控制 4Biot-Savart選項(xiàng) 5譜選項(xiàng) 其中，通用選項(xiàng)包括：瞬態(tài)或靜態(tài)分析中載荷步結(jié)束的時間，子步數(shù)或時間步大小，載荷階躍或遞增，以及熱應(yīng)變計(jì)算的參考溫度。以下是對每個選項(xiàng)的簡要說明。 (一)時間選項(xiàng) Time命令用于指定在瞬態(tài)或靜態(tài)分析中載荷步結(jié)束的時間。在瞬態(tài)或其他與速率相關(guān)的分析中，Time命令指定實(shí)際的、按先后順序的時間，且要求指定一時間值。在與速率無關(guān)的分析中，時間作為一跟蹤參數(shù)。時間不能設(shè)置為0，如果瞬態(tài)分析中，可指定一個非常小的值，如Time，le-6 (二)子步數(shù)和時間步大小 對于非線性或瞬態(tài)分析，要指定一個載荷步中需要的子步數(shù)。指定子步數(shù)的方法如下： Dehim，Dtime，Dtmin，Dtmax，Carry和Nsubst，Nsbstp，Nsbmx，Nsbmn，CarryNsubst命令指定子步數(shù)，Dehim命令指定時間步的大小。在缺省情況下，Ansys程序在每個載荷步中使用一個子步。 (三)自動時間步長 Autots，Key命令激活時間步自動階躍，在時間步自動階躍時，根據(jù)結(jié)構(gòu)或組件對施加的載荷的響應(yīng)，程序計(jì)算每個子步結(jié)束時最優(yōu)的時間步。 (四)階躍或遞增載荷 Kbc，Key在一個載荷步中指定多個子步時，需要指明載荷是逐漸遞增還是階躍形式。Kbc命令用于此目的：Kbc，0指明載荷是逐漸遞增；Kbc，1指明載荷是階躍載荷。 關(guān)于階躍載荷和逐漸遞增載荷的說明： 1如果指定階躍載荷，程序按相同的方式處理所有載荷(約束、集中載荷、表面載荷、體載荷和慣性載荷)。根據(jù)情況，可分步施加、分步改變或分步移去這些載荷。 2如果指定遞增載荷，那么在第一個載荷步施加的所有載荷，除了薄膜系數(shù)外都是從0開始逐漸變化的。在隨后的載荷步中，所有載荷的變化都是從先前的值開始逐漸變化，但要注意在完全諧(Antype，Harm WithHropt，F(xiàn)ull)分析中，表面載荷和體載荷的逐漸變化與在第一個載荷步中的變化相同，且不是從先前的值開始逐漸變化。 3對于表格式邊界條件，載荷不會逐漸變化，而是在當(dāng)前時間點(diǎn)計(jì)算。如果載荷是在一個載荷步內(nèi)用表格格式給定的而在下一個載荷步內(nèi)變?yōu)榉潜砀窀袷?，則該載荷被作為新引入的載荷從0開始漸變。 4在隨后的載荷步中被刪除的所有載荷，除了體載荷和慣性載荷外，都是分步移去的。 5在相同的載荷步中，不應(yīng)刪除或重新指定載荷，在這種情況下，逐漸變化不會按用戶期望的方式進(jìn)行。用ANSYS作橋梁計(jì)算十五（動力學(xué)分析選項(xiàng)）原創(chuàng)一、用于動態(tài)和瞬態(tài)分析的命令 以下命令主要是用于動態(tài)和其他瞬態(tài)分析的選項(xiàng)，包括： 1Timint，Key，Lab激活或撤消時間積分效應(yīng) 2Harfrq，F(xiàn)reqb，F(xiàn)peqe在諧波響應(yīng)分析中指定載荷的頻率范圍 3Alphad，Value指定考慮阻尼時的質(zhì)量矩陣系數(shù) 4Betad，Value指定考慮阻尼時的剛度矩陣系數(shù) 5Dmprat，Rato指定結(jié)構(gòu)動態(tài)分析的阻尼系數(shù) 二、非線性選項(xiàng) 指定每個子步最大平衡疊代的次數(shù)(缺省二25)Neqit，Number 指定收斂公差Cnvtol，Lab，Value，Toler，Norm，MOnref 為終止分析提供選項(xiàng)Ncnv，Kstop，Dlim，Itlim，Etlim，CFlim 三、輸出控制 輸出控制用于控制分析輸出的數(shù)量和特性，有兩個基本輸出控制： Ooutres，Item，F(xiàn)req，Cname 控制Ansys寫人數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件的內(nèi)容以及寫入的頻率。 Outpr，Item，F(xiàn)req，Cname 控制打印的內(nèi)容以及寫入的頻率。 下例說明Outres和Outpr命令的使用： Outres，All，5 !寫入所有數(shù)據(jù)，每到第5子步寫人數(shù)據(jù) Outpr，Nsol，Last !僅打印最后子步的節(jié)點(diǎn)解求解多載荷步定義和求解多載荷步有三種方法： 1多步求解法 2載荷步文件法 3矩陣參數(shù)法 所有載荷和載荷步選項(xiàng)一起構(gòu)成一個載荷步，程序可用其進(jìn)行計(jì)算求解，如果有多個載荷步，可將每個載荷步存人一個文件，調(diào)用該載荷步文件，并在后面的求解中讀人。Lswrite命令寫載荷步文件(每個載荷步一個文件，以Jobnames01，Jobnames02，Jobnames03等標(biāo)識)，使用Lswrite，anum命令將荷載步數(shù)據(jù)存人文件。所有載荷步文件寫入后，可以使用命令在文件中順序讀取數(shù)據(jù)，并求得每個載荷步的解。 下列所示的命令組定義多個載荷步： Solu !載荷步1 D， F， Nsubst， Kbc， Outres， Outpr， Lswrite !寫載荷步文件：Jobnames01 !載荷步2 D， F， Nsubst， Kbc， Outres， Outpr， kswrite !寫載荷步文件：Jobnames02 載荷步數(shù)據(jù)用Ansys命令寫入文件，ite命令不捕捉實(shí)常數(shù)或材料特性的變化。Lswrite命令自動地將實(shí)體模型載荷轉(zhuǎn)換到有限元模型，因此所有載荷按有限元載荷命令的形式被寫入文件，特別地，表面載荷總是按Sfe或Sfbeam命令的形式被寫入文件，而不論載荷是如何施加的。要修改載荷步文件序號為n的數(shù)據(jù)，執(zhí)行命令，Lsread，Lsnum在文件中讀取數(shù)據(jù)，作所需的修改，然后執(zhí)行Lswrite，n命令I(lǐng)mdele命令允許你從Ansys程序中刪除載荷步文件。 使用多步求解法是最直接的，它包括在每個載荷步定義好后執(zhí)行Solve命令。主要缺點(diǎn)是，在交互使用時必須等到每一步求解結(jié)束后才能定義下一載荷步，比較費(fèi)時。 典型的多步求解法命令流如下所示： Solu !載荷步1 D， SF， Solve !求解載荷步1 1載荷步2 D, SF, Solve !求解載荷步2 tm_end=50 tm_incr=1 *DO，tm，tm_start，tm_end，tm_incr Time，tm f，100，fy，force(tm) !在第100號節(jié)點(diǎn)上加載隨時間變化的力 Solve *Enddo重新啟動一個分析有時在初始運(yùn)算完成后也許要重新啟動分析過程，例如想將更多的載荷步加入到分析中，也許在線性分析中要加入別的載荷條件，或在瞬態(tài)分析中加入另外的時間歷程加載曲線，或者在非線性分析收斂失敗時需要恢復(fù)。 一、重啟動條件 要重啟動一個分析，模型必須滿足下列條件： 1分