第6章ansys橋梁工程應(yīng)用實(shí)例分析

1、內(nèi)容提要第6章ANSYS橋梁工程應(yīng)用實(shí)例分析本章介紹橋梁結(jié)構(gòu)的模擬分析。橋梁是一種 重要的工程結(jié)構(gòu)，精確分析橋梁結(jié)構(gòu)在各種受力 方式下的響應(yīng)有較大的工程價(jià)值。模擬不同類型 的橋梁需要不同的建模方法，分析內(nèi)容包括靜力 分析、動荷載響應(yīng)分析、施工過程分析等等。在 本章中著重介紹桁架橋、剛架橋和斜拉橋三種類 型橋梁。心 結(jié)構(gòu)分析具體步驟心 結(jié)構(gòu)靜力分析Q桁架結(jié)構(gòu)建模方法結(jié)構(gòu)模態(tài)分析本章典型效果圖6.1引言ANSYS通用有限元軟件在土木工程應(yīng)用分析中可發(fā)揮巨大的作用。我們用它來分析橋梁工 程結(jié)構(gòu)，可以很好的模擬各種類型橋梁的受力、施工工況、動荷載的耦合等。ANSYS序有豐富的單元庫和材料庫，幾乎可以仿

2、真模擬出任何形式的橋梁。靜力分析中， 可以較精確的反應(yīng)出結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力分布、內(nèi)力情況等；動力分析中，也可精確的表達(dá)結(jié)構(gòu) 的自振頻率、振型、荷載耦合、時(shí)程響應(yīng)等特性。利用有限元軟件對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行全橋模擬分 析，可以得出較準(zhǔn)確的分析結(jié)果。本章介紹橋梁結(jié)構(gòu)的模擬分析。作為一種重要的工程結(jié)構(gòu)，橋梁的精確分析具有較大的工 程價(jià)值。橋梁的種類繁多，如梁橋、拱橋、鋼構(gòu)橋、懸索橋、斜拉橋等等，不同類型的橋梁可 以采用不同的建模方法。 橋梁的分析內(nèi)容又包括靜力分析、施工過程模擬、動荷載響應(yīng)分析等?？梢钥闯鰳蛄旱恼w分析過程比較復(fù)雜?？傮w上來說，主要的模擬分析過程如下：（1）根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，選擇合適的單元和材料，

3、建立準(zhǔn)確的橋梁有限元模型。（2）施加靜力或者動力荷載，選擇適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件。（3）根據(jù)分析問題的不同，選擇合適的求解器進(jìn)行求解。（4）在后處理器中觀察計(jì)算結(jié)果。（5）如有需要，調(diào)整模型或者荷載條件，重新分析計(jì)算。橋梁的種類和分析內(nèi)容眾多， 不同類型橋梁的的分析過程有所不同，分析側(cè)重點(diǎn)也不一樣。在這里僅僅給出大致的分析過程，具體內(nèi)容還要看具體實(shí)例的情況。6.2典型橋梁分析模擬過程6.2.1創(chuàng)建物理環(huán)境建立橋梁模型之前必須對工作環(huán)境進(jìn)行一系列的設(shè)置。進(jìn)入ANSYS前處理器，按照以下6個(gè)步驟來建立物理環(huán)境：1、設(shè)置GUT菜單過濾2、定義分析標(biāo)題（/ TITLE ）3、說明單元類型及其選項(xiàng)（KEYOPT

4、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菜單過濾如果你希望通過 GUI路徑來運(yùn)行ANSYS，當(dāng)ANSYS被激活后第一件要做的事情就是選 擇菜單路徑：Main MenuPreferences,執(zhí)行上述命令后，彈出一個(gè)如圖6-1所示的對話框出現(xiàn)后，選擇Structuralo這樣ANSYS會根據(jù)你所選擇的參數(shù)來對GUI圖形界面進(jìn)行過濾，選擇Structural以便在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)過濾掉一些不必要的菜單及相應(yīng)圖形界面。圖6-1 GUI圖形界面過濾2. 定義分析標(biāo)題在進(jìn)行分析前，可以給你所要進(jìn)行的分析起一個(gè)能夠代表所分析內(nèi)容的標(biāo)題，比如“trussbridge”，以便能夠從標(biāo)題上與其他

5、模型區(qū)別。用下面的GUI方法定義分析標(biāo)題。命令：/ TITLEGUI : Utility MenuFileChange Title圖6-2 GUI定義標(biāo)題3. 定義單元類型及其選項(xiàng)（KEYOP選項(xiàng)）與ANSYS的其他分析一樣，結(jié)構(gòu)分析也要進(jìn)行相應(yīng)的單元選擇。ANSYS軟件提供了 100種以上的單元類型，可以用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料，各種不同的單元組合在一起，成 為具體的物理問題的抽象模型。在橋梁結(jié)構(gòu)模擬分析中，最常用的單元是梁單元，例如，梁單 元可模擬不同截面的鋼梁、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 梁等薄壁結(jié)構(gòu)，桿單元可以模擬預(yù)應(yīng)力鋼筋和桁架等。定義好不同的單

6、元及其選項(xiàng)（KEYOPTS ）后，就可以建立有限元模型?？梢圆捎镁€性或者非線性的結(jié)構(gòu)單元。 表6-1橋梁分析常見單元單元維數(shù)形狀和自由度特性LINK83-D線形，2節(jié)點(diǎn)，3自由度剛性桿，可承受拉力和壓力，用來定義桁架等。 可定義其截面積和初始應(yīng)變。和初始應(yīng)變。LINK103-D線形，2節(jié)點(diǎn)，3自由度只能承受拉力的柔性桿，用來模擬索單兀。可定 義其截面積和初始應(yīng)變。BEAM32-D線形，2節(jié)點(diǎn)，3自由度二維彈性梁，可定義其截面積、慣性矩、初始應(yīng) 變、截面高度等。BEAM43-D線形，2節(jié)點(diǎn)，6自由度三維彈性梁，可定義其截面積、截面形狀、三向 慣性矩、初始應(yīng)變、截面高寬等。BEAM443-D變截面

7、不對稱，2 節(jié)點(diǎn)，6自由度三維彈性梁，可定義多個(gè)截面的截面積、截面形 狀、三向慣性矩、初始應(yīng)變、截面高寬等。SHELL633-D四邊形或三角形，4節(jié)點(diǎn)，6自由度三維彈性殼，可定義其節(jié)點(diǎn)處厚度、剛度、初始 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：ETKEYOPTGUI : Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete圖6-3(a) GUI添加單元類型圖6-3（b） GUI選擇單元類型4 設(shè)置實(shí)常數(shù)和單位制單元實(shí)常數(shù)和單元類型密切相關(guān)，用R族命令（如R，RMODIF等）或其相應(yīng) GUI菜單路徑來說明。例如在結(jié)構(gòu)分析中，你可以用實(shí)常數(shù)定

8、義梁單元的橫截面積、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） 對于多單元類型模型，每種單元采用獨(dú)立的實(shí)常數(shù)組（即不同的REAL參考號）。但 是，一個(gè)單元類型也可同時(shí)注明幾個(gè)實(shí)常數(shù)組。命令：RGUI : Main MenuPreprocessorReal Constants Add/Edit/Delete1 Element Type X |Ckoasatyp*：ns圖6-4（a） GUI定義實(shí)常數(shù)圖6-4（b） GUI定義實(shí)常數(shù)在結(jié)構(gòu)分析中，系統(tǒng)沒有設(shè)置單位制，我們可以根據(jù)自己的需要選用各種單位制。在本章 的實(shí)例中，所有算例都采用國際單位制，即m、N、

9、kg、s、Pa、Hz等。5創(chuàng)建截面在橋梁結(jié)構(gòu)分析中，采用梁單元一般都需要定義梁單元的截面。在ANSYS中，既可以建立一般的截面（即標(biāo)準(zhǔn)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：SECTYPESECDATASECOFFSETGUI : Main MenuPreprocessorSectionsBeamCommon Sections也可以通過用戶定義網(wǎng)格建立自定義截面，此時(shí)必須建立用戶網(wǎng)個(gè)文件。首先要建立一個(gè) 2D實(shí)體模型，然后保存命令：SECWRITEGUI : Main MenuPreprocessorSections Beam Write S

10、ec Mesh。6. 定義材料屬性橋梁幾何模型中可以有一種或多種材料：包括各種性質(zhì)的鋼、混凝土、地基土和剛臂等等。每種材料區(qū)都要輸入相應(yīng)的材料特性。ANSYS程序材料庫中有一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，使用的材料比較簡單，基于線形分析得的橋梁結(jié)構(gòu)， 基本選擇線彈性材料（Lin ear線性、Isotropic各向同性）。定義材料屬性方式如下：命令：MPGUI : Mai n Me nu PreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLi near Isotropic，如圖 6

11、-5(a)。在材料屬性中，我們需要輸入的數(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) 對于慣性荷載(重力)，必須定義質(zhì)量計(jì)算所需的數(shù)據(jù)，如密度 DENS。3) 對于溫度荷載，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) JL X|jilrs kl Hc-i9el Qfuab.i Jlull 3 J.3 Jin KT 1Ialji,Tli cMl LimsrJinnlLM-ur g Slts

12、ticil圖6-5(b) GUI設(shè)置材料屬性選項(xiàng)622建模、指定特性、分網(wǎng)在ANSYS結(jié)構(gòu)分析中，有兩種建立有限元原模型的方式。第一種方法為直接建立節(jié)點(diǎn)單 元，形成有限元模型，可自己控制每一個(gè)單元，不需要程序劃分單元，這種方法可以用來建立 結(jié)構(gòu)比較簡單形式單一的橋梁結(jié)構(gòu)；第二種方法是先建立幾何體模型，然后再利用軟件將幾何 模型劃分單元而形成有限元模型，這種方法適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橋梁。(1) 第一種方法：命令：NGUI : Main MenuPreprocessorModeling CreateNodes命令：EGUI : Main MenuPreprocessorModeling CreateE

13、lements(2) 第二種方法：命令：KGUI : Main Menu Preprocessor Modeling CreateKeypoints命令：LGUI : Main Menu Preprocessor Modeling Createlines命令：AGUI : Main Menu Preprocessor Modeling CreateAreas命令：VGUI : Main Menu Preprocessor Modeling CreateVolumes幾何模型操作：GUI : Main Menu Preprocessor ModelingOperateExtrude :拉伸Ext

14、e nd Line:延長線Boolea ns：布爾操作In tersect：相交截取交集Add :相加Subtract:相減Divide :分害9Glue :粘貼Overlap :搭接Partition :分成多個(gè)小區(qū)域Scale：梯度合理的利用以上操作，可以建立出非常精確的結(jié)構(gòu)體幾何模型。然后就可以對幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，形成有限元模型。劃分單元具體操作如下: 命令：LSEL （選擇要?jiǎng)澐值木€單元）TYPE （選擇單元類型）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）MSHKEY （選擇單元?jiǎng)澐址绞剑㎜MESH （開始劃分線單元）GU

15、I :Main MenuPreprocessorMesh ing MeshToolMeshTaulAllnbdlet.| GimbalT 品 |在劃分單元之前，首先要對單元大小形狀等進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，否則可能出現(xiàn)意想不到的劃分結(jié)果?，F(xiàn)在以MeshTool工具條為例，說明劃分單元時(shí)方法。如圖6-6。廠 Smart Sin-JjJjFmSB CoalBElement Attributes :選擇單元類型、材料屬性、實(shí)常數(shù)、單元坐 標(biāo)系、截面號。LinesLsper亡口田IVdiraR謝初巴哎：Elements*MeshShapea頭=d _jJSmart Size：控制模型細(xì)部單元精細(xì)度Size C

16、on trols:通過給定幾何體分段的大小或者數(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)變急劇變化的區(qū)域 （通常是我們感興趣的區(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)格來得到非線性 效應(yīng)。如塑性分析需要相當(dāng)?shù)姆e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。RelineHdpClose圖6-6 MeshTool工具條623施加邊界條件和載荷在施加邊界條件和載荷時(shí)，既可以給實(shí)體模

17、型（關(guān)鍵點(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程序會自動將加到實(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，可以通過一系列級聯(lián)菜單，實(shí)現(xiàn)所有的加載操作。GUI路徑如下：GUI: Main Menu Solution Define LoadsApplyStructural這時(shí)，ANSYS程序?qū)⒘谐鼋Y(jié)構(gòu)分析中所有的邊界條件和載荷類型。然后根據(jù)實(shí)際情況選 擇合理的邊界條件或載荷。AIEYS Main 畀wiS Preie-r cmecsQt Frpri aeeof曰tnS AnLLy-5：i. s Type曰 Defioe L*4e13

18、iMgsB ApplyEl S trac LutO 1尹 On LIbcsOd廚 On Hades OqE3 Sj-bmcItyC_莊| Antisjb U.C 0 Ferce/lMeAt 3 Brcssurc TeBtrature H Xnerti a H Ft1lbed Sects Q Gen Pl uic S tr uii! S0 FiLd V*le Itr0 In.i ti. nJ. Condi n, Q Lad Vector+1 FtukeIi OHS回t3 Op*erateffl Lfi.d. Stp Optsmi盤牡血衛(wèi) Apply Structural Pressure On

19、Eleme nts/On Areas也可以通過ANSYS命令來輸入載荷，幾種常見的結(jié) 構(gòu)分析荷載如下：（1） 位移（UX ,UY ,UZ，ROTX，ROTY，ROTZ）: 這些自由度約束往往施加到模型邊界上，用以定義 剛性支撐點(diǎn)。也可以用于指定對稱邊界條件以及已知運(yùn) 動的點(diǎn)。例如：一個(gè)有三個(gè)自由度的二維簡支梁單元， 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。橋梁結(jié)構(gòu)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，最終都會轉(zhuǎn)化為施加在節(jié) 點(diǎn)上面的約束。由標(biāo)號指定的方向是按照節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系定 義的。GUI: Main M

20、enu Preprocessor Define Loads Apply Structural Displacement or Potential GUI: Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement（2）力（FX , FY, FZ） /力矩（MX , MY , MZ ）這些集中力通常在模型的外邊界上指定，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)車輛行駛于橋梁上面時(shí)，軸重簡化為一組集中 力作用于梁上，來計(jì)算梁的受力情況。集中力或彎矩只能施加在關(guān)鍵點(diǎn)或者節(jié)點(diǎn)上面。命令：FGUI:

21、Main MenuPreprocessorDefine LoadsApplyStructural Force/Moment GUI: Main MenuSolution Define Loads Apply StructuralForce/Moment（3）壓力荷載（PRES）這是表面荷載，通常作用于模型外部。正壓力為指向單元面（起到壓縮的效果）。均布荷載和梯度荷載都屬于壓力荷載，在橋梁結(jié)構(gòu)分析中會經(jīng)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，然后在選擇的單元或者面上面施加壓力。值得注意的是，在三維的面上施加壓力時(shí)，要注意面的方向與壓力的方向。壓力荷載可以 施加在

22、線、面、節(jié)點(diǎn)、單元、梁上。命令：SFGUI: Main MenuPreprocessor Define Loads Apply StructuralPressure GUI: Main MenuSolutionDefine Loads Apply StructuralPressure（4）慣性力荷載（用來加載重力、旋轉(zhuǎn)等）ANSYS結(jié)構(gòu)分析中，一般通過施加慣性力來施加結(jié)構(gòu)的重力。同時(shí)也可以用來施加加速度。用來加載重力的慣性力與重力加速的方向相反。定義慣性荷載之前必須定義密度。 例如：重力方向?yàn)?Y軸的負(fù)方向，則加的慣性力應(yīng)該為 Y軸的正方向。命令：ACELGUI: Main MenuPrepr

23、ocessor Define Loads Apply Structural InertiaGravity GUI: Main MenuSolutionDefine Loads Apply Structural InertiaGravity624求解結(jié)構(gòu)分析的求解種類比較多，應(yīng)根據(jù)不同的需要選擇不同的求解方式。基本的求解過程過 程如下：1. 定義分析類型在定義分析類型和分析將用的方程求解器前，要先進(jìn)入SOULUTION求解器。圖6-8 GUI選擇分析類型命令：/ SOLUGUI: Main MenuSolution選擇分析類型。命令：ANTYPEGUI: Main Menu Solution A

24、nslysis TypeNew Analysis，如圖 6-8。橋梁結(jié)構(gòu)常用的分析類型有：（1）靜力分析靜力分析是橋梁結(jié)構(gòu)分析中的重要環(huán)節(jié)，靜力分析結(jié)果必須要滿足設(shè)計(jì)要求。通過靜力計(jì) 算，可以求解出結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)力、應(yīng)力分布、變形形狀、穩(wěn)定性等。命令：ANTYPE,STATIC,NEWGUI: Main Menu Solution Analysis Type New Analysis然后選擇static”選項(xiàng)，點(diǎn)擊OK”。如果是需要重啟動一個(gè)分析（施加了另外的激勵(lì)），先前分析的結(jié)果文件 JobnameEMAT ,Jobname.ESAV 和 Jobname.DB 還可用，使用命令 ANTYPE

25、,STATIC,REST。（2）模態(tài)分析在模態(tài)分析中，我們可以求解出結(jié)構(gòu)的自振頻率以及各階振型，同時(shí)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,NEWGUI: Main Menu Solution Analysis Type New Analysis然后選擇“ Modal”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“ OK”。模態(tài)分析由4個(gè)主要步驟組成：建模。加載及求解。除了零位移約束之外的其他類型的的荷載一一力、壓力、加速度等可以 在模態(tài)分析中指定，但是在模態(tài)提取時(shí)將被忽略；求解輸出內(nèi)容主要有固有頻率、參 與系數(shù)表等。擴(kuò)展模態(tài)。指將振型寫入結(jié)果文件，得到完整的振型；在

26、擴(kuò)展處理前必須明確的離開 求解器（FINISH ）并且重新進(jìn)入求解器。觀察結(jié)果。末態(tài)分析結(jié)果包括：固有頻率、擴(kuò)展振型、相對應(yīng)力和力分布。在POST1中觀察結(jié)果。注意：在模態(tài)分析中只有線性行為是有效的，如果指定了非線性單元，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DENS。（3）瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析經(jīng)常用于分級計(jì)算結(jié)構(gòu)受到突然加載的荷載時(shí)的響應(yīng)情況。例如在橋梁結(jié)構(gòu)分析中，橋梁受到地震激勵(lì)的時(shí)程作用，或者計(jì)算橋墩受到突然撞擊的情況，都可以選擇使用瞬態(tài) 分析來計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)。具體介紹見第7章。命令：ANTYPE, TRANS,NEWGUI: Main Menu Solution Ana

27、lysis TypeNew Analysis然后選擇“ Transient”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“ OK”。彈出如圖6-9對話框。選擇適當(dāng)?shù)那蠼夥绞? 點(diǎn)擊“OK ”。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)分析結(jié)果與一個(gè)已知的譜聯(lián)系起來計(jì)算模型的位移和應(yīng)力的分析技 術(shù)。譜分析替代時(shí)間-歷程分析，主要用于確定結(jié)構(gòu)對隨機(jī)荷載或隨時(shí)間變化荷載（如地震、風(fēng) 載、波浪等等）的動力響應(yīng)情況。在結(jié)構(gòu)分析中，譜分析常用在計(jì)算結(jié)構(gòu)受到震動激勵(lì)情況下 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,NEWGUI: Main Menu Solution Ana

28、lysis Type New Analysis然后選擇“ Spectrum”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“ OK”。譜分析的全過程包括以下幾步：建立模型。模態(tài)分析。注意只有 Block法、Subspace法和Reduced法才對譜分析有效。 譜分析。輸入反應(yīng)譜，有加速的反應(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察結(jié)果。合并模態(tài)。模態(tài)的組合方式在橋梁結(jié)構(gòu)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。觀察結(jié)果。2. 定義分析選項(xiàng)定義好分析類型之后，就好設(shè)置分析選項(xiàng)。每種分析的分析選項(xiàng)對話框各不相同。（1）靜力分析命令：EQSLVGUI: Main MenuSol

29、ution Analysis Type Analysis Options在求解選項(xiàng)中，可以看看到如圖6-10的菜單。圖6-10 GUI靜力分析求解選項(xiàng)卡Basic：Small Displacement Static （小位移靜力分析）Large Displacement Static （大位移靜力分析）Small Displacement Transient （小位移瞬態(tài)分析） Large Displacement Transient （大位移瞬態(tài)分析） Calculate prestress effect （計(jì)算預(yù)應(yīng)力效應(yīng)） Time at end of loadstep （最后一個(gè)荷載步的

30、時(shí)間） Number of substeps （通過荷載子步控制） Time in creme nt （通過時(shí)間增量控制） Write Items to Results File （結(jié)果文件輸出設(shè)置）在Basic中的設(shè)置，提供了分析中所需的最少數(shù)據(jù)。一旦Basic標(biāo)簽中的設(shè)置滿足以后，就不需要設(shè)置其他標(biāo)簽中的選項(xiàng)，除非因?yàn)橐M(jìn)行高級控制而修改其他缺省設(shè)置。注：1）在設(shè)置ANTYPE和NLGEOM時(shí)，如進(jìn)行一個(gè)新的分析并忽略大變形效應(yīng)（如大 撓度、大轉(zhuǎn)角、大應(yīng)變）時(shí)，請選擇Small Displacement Static”項(xiàng)。如預(yù)期有大撓度（如彎曲的長細(xì)桿）或大應(yīng)變，則選擇Large Disp

31、lacement Static”項(xiàng)。如果想重啟動一個(gè)失敗的非 線性分析，或者用戶已經(jīng)進(jìn)行了完整的靜力分析，而想指定其他荷載，則選擇Restart Curre ntAn alysis ”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)束的時(shí)間，缺省值為1。對于后繼的荷載步，缺省值為1加上前一個(gè)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)結(jié)果集記錄到結(jié)果文件中，如果超過這一數(shù)目，程序?qū)⒊鲥e(cuò)停機(jī)。可以通過/CONFIG, NRES命令來增大這一限值。（2）模態(tài)分析命令：EQSLVGUI: Main MenuSolution Analysis TypeAnaly

32、sis Options ,彈出對話框模態(tài)分析選項(xiàng)設(shè) 置對話框，如圖6-11 （a）。模態(tài)分析方法一共有 7種（字空間法、分塊 Lanczos法、PowerDynamics法、縮減法、非 對稱法、阻尼法、QR阻尼法），前四種方法是最常用的模態(tài)提取方法。橋梁結(jié)構(gòu)分析計(jì)算中一般采用分塊Lan czos法和子空間法。常用選項(xiàng)意義如下：No. of modes to extract （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。Expa nd mode shapes （是否擴(kuò)展模態(tài)）：如果準(zhǔn)備在譜分析之后進(jìn)行模態(tài)擴(kuò)展，該選項(xiàng)應(yīng)該 設(shè)置為NO。No. of modes to expan

33、d （擴(kuò)展模態(tài)數(shù)）：該選項(xiàng)只在采用縮減法、非對稱法和阻尼法時(shí)要求 設(shè)置。Calculate elem results（計(jì)算單元結(jié)果）：如果想得到單元求解結(jié)果，需要打開此項(xiàng)。Incl prestress effects （是否包括預(yù)應(yīng)力效應(yīng)）：該項(xiàng)用于確定是否考慮預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)震動的 影響。缺省分析過程不包括預(yù)應(yīng)力效應(yīng)，即結(jié)構(gòu)處于無預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。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）對話框，在對話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，程序最后計(jì)算出的自振頻率結(jié)果在所給頻率范 圍之內(nèi)。|T0 K4.E5 n4.trkKK

34、IGID J Knwn. d body nadesMrlutBDn噩SUTOPT SubspEp-Ac Yrkin eliNPAXiH*豪”林：i#丹*1 吋*HFEBK 血 of nades/nerorr blockBuiltt* of ubsp Analysis TypeAnalysis Options具體介紹見第7章。出現(xiàn)的對話框如圖6-12，選項(xiàng)設(shè)置與靜力分析相同。（4）譜分析命令：EQSLVGUI:Main MenuSolution Analysis Type Analysis Options選擇譜類型，如圖6-13：Single-pt resp （單點(diǎn)響應(yīng)譜分析）Multi- pt

35、 respons （多點(diǎn)響應(yīng)譜分析）D.D.A.M （動力設(shè)計(jì)分析）P.S.D （功率譜密度分析）結(jié)構(gòu)分析常采用第一種單點(diǎn)響應(yīng)譜分析。具體介紹見第7章。圖6-13 GUI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)行以 下命令。命令：ANTYPE,MODAL,NEWGUI: Main Menu Solution Analysis TypeNew Analysis然后選擇“ Modal”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“ OK”。3. 備份數(shù)據(jù)庫用工具條中的“ SAVE DB ”按鈕來備份數(shù)據(jù)庫，如果計(jì)算過程中出現(xiàn)差錯(cuò)，可以方便地恢 復(fù)需要的模型數(shù)據(jù)?；謴?fù)模型時(shí)重新進(jìn)入AN

36、SYS，用下面的命令：命令：RESUMEGUI: Utility MenuFile Resume Jobname.db4. 開始求解對于簡單的靜力分析，一次加載求解可以計(jì)算出結(jié)果。例如計(jì)算在自重作用下，鋼梁的撓 度變形，施加于屬于荷載之后只需要求解一次便得結(jié)果。對于動荷載來說，加載方式比較復(fù)雜，而且要經(jīng)過多次求解才能得出最終結(jié)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按時(shí)間分成小段，一次一次的加載 到結(jié)構(gòu)上面并且每加載一次都要求解一次，最終才能得到鋼梁在地震波作用下的時(shí)程響應(yīng)。對 于施加復(fù)雜動荷載，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)行靜力求

37、解：命令：SOLVEGUI: Main MenuSolution SolveCurrent LS檢查彈出的求解信息文檔，確認(rèn)沒有錯(cuò)誤之后，單擊如圖6-14對話框中的“ OK”。圖6-14確認(rèn)求解對話框5 .完成求解命令：FINISHGUI: Main MenuFinish625后處理（查看計(jì)算結(jié)果）ANSYS程序?qū)⒂?jì)算結(jié)果貯存到結(jié)果文件 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)反力可以在一般后處理器POST1或者時(shí)程后處器POST26其中觀看處理結(jié)果。命令：/ POST1GUI: M

38、ain MenuGeneral Postproc命令：/ POST26GUI: Main MenuTimeHist Postproc注意：若希望在POST1和POST26后處理器中查看結(jié)果，在數(shù)據(jù)庫中必須包括與求解相同 的模型。同時(shí)，結(jié)果文件 Job name.RST也必須存在。檢查結(jié)果數(shù)據(jù)，方式如下：1、從數(shù)據(jù)庫文件中讀入數(shù)據(jù)命令：RESUMEGUI: Utility MenuFile Resume from2、讀入適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果集。用荷載步、子步或時(shí)間來區(qū)分結(jié)果數(shù)據(jù)庫集。若指定的時(shí)間值不 存在相應(yīng)的結(jié)果，ANSYS會將全部數(shù)據(jù)通過線性插值得到該時(shí)間點(diǎn)上的結(jié)果。命令：SETGUI: Main M

39、enuGeneral Postproc ResultsRead ResultBy Load Step如果模型不在數(shù)據(jù)庫中，需用RESUME命令后再用SET命令或其等效路徑讀入需要的數(shù)據(jù)集。要觀察結(jié)果文件中的解，可使用LIST選項(xiàng)?？梢苑謩e看不同加載步及子步或者不同時(shí)間的結(jié)果數(shù)據(jù)集。典型的POST1后處理操作：1. 顯示變形圖命令：PLDISPGUI: Main Me nu Ge neral Postproc Plot Results Deformed ShapePLDISP命令的KUND參數(shù)使用戶可以在原始圖上迭加變形圖。2. 列出反力和反力矩命令：PRESOLGUI : Main Menu

40、General Postproc List Results Reaction Solu列出約束節(jié)點(diǎn)的反力和力矩。為了顯示反力，執(zhí)行/PBC, RFOR,，1，然后顯示所需節(jié)點(diǎn)或單元（NPLOY或者EPLOYT ）。如果要顯示反力矩，用RMOM代替RFOR。3. 列出節(jié)點(diǎn)力和力矩命令：PRESOL，F(xiàn) （或 M ）GUI: Main MenuGeneral Postproc List Results Element Solution也可以列出所選擇的節(jié)點(diǎn)集的所有節(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：Total Force Sum也可以在選擇的節(jié)點(diǎn)上

41、檢查所有力和力矩。對于處于平和狀態(tài)的實(shí)體，除荷載作用點(diǎn)和存 在反力的節(jié)點(diǎn)以外的所有點(diǎn)上，其荷載總合為0:GUI: Main Menu General Postproc Nodal Calcs Sum Each NodeMain MenuGe neral PostprocOpti ons for Outpt，指明檢查方向： 全部（缺?。?靜力分量 阻尼峰量 慣性力分量對于處于平衡狀態(tài)地實(shí)體，除荷載作用點(diǎn)或者存在反力荷載的節(jié)點(diǎn)外，其他所有節(jié)點(diǎn)的總 載荷為0。4. 線單元結(jié)果對于線單元，可以得到應(yīng)力、應(yīng)變等導(dǎo)出數(shù)據(jù)，結(jié)果數(shù)據(jù)用一個(gè)標(biāo)號和一個(gè)序列號組合， 或用元件名來區(qū)別。命令：ETABLEGUI:

42、Main MenuGeneral Postproc Element TableDefine Table定義好單元數(shù)據(jù)表之后，可以顯示線單元結(jié)果，即可以顯示彎矩圖、剪力圖、軸力圖等。命令：PLLSGUI: Main MenuGeneral Postproc Plot Results Con tour Plot -_i ne Elem5. 誤差評估在實(shí)體和殼單元的線性靜力分析中，通過誤差評估列出網(wǎng)格離散誤差的評估值。這個(gè)命令 按結(jié)構(gòu)能量模（SEPC）計(jì)算和列出誤差百分比，代表一個(gè)特定的網(wǎng)格離散的相對誤差。命令：PRERRGUI: Main MenuGe neral Postproc List Re

43、sults Perce nt Error6. 等值線顯示幾乎所有的結(jié)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命令的KUND域使我們可以在原始結(jié)構(gòu)上迭加顯示。命令:PLNSOLPLESOLGUI :Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot-Nadal SoluGUI :Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot-Eleme nt Solu顯示單元表

44、數(shù)據(jù)和線單元數(shù)據(jù)：命令：PLETABPLLSGUI : Main Menu General Postproc Element Table Plot Element TableGUI : Main Me nu General Postproc Plot Results Con tour Plot -Li ne Elem Res7. 矢量顯示對于觀察矢量如位移（DISP）、轉(zhuǎn)角（ROT）、主應(yīng)力（S1, S2, S3）,矢量顯示（不要與 矢量模態(tài)混淆）是一種有效的辦法。顯示矢量：命令：PLVECTGUI: Main Menu General Postproc Plot Results Vector

45、 Plot Predefined矢量歹u表：命令：PRVECTGUI: Main Menu General PostprocList Results Vector Data8. 表格列示在列表之前，要進(jìn)行數(shù)據(jù)排列：命令：NSORTESORTGUI : Mai n Me nu General PostprocList ResultsSorted List in g Sort NodesGUI: Main MenuGeneral PostprocList Results Sorted List in g Sort Elems 表格列示：命令：PRNSOL （節(jié)點(diǎn)結(jié)果）PRESOL （單元單元之間結(jié)

46、果）PRRSOL （反力）等GUI : Main Menu General PostprocList Results solution option9. 列表顯示所有頻率在模態(tài)分析中，可以列表結(jié)構(gòu)的所有頻率。命令：SET, LISTGUI : Main MenuGeneral PostprocList Results Results Shape10. 列表顯示主自由度在模態(tài)分析中，可以列表結(jié)構(gòu)的主自由度。命令：MIST , ALLGUI : Main Menu Solution Master DOFs List ALL6 .3實(shí)例1-鋼桁架橋靜力受力分析本節(jié)對一架鋼桁架橋進(jìn)行具體靜力受力分析，

47、分別采用GUI方式和命令流方式。6.3.1問題描述圖6-15鋼桁架橋簡圖已知下承式簡支鋼桁架橋橋長72米，每個(gè)節(jié)段12米，橋?qū)?0米，高16米。設(shè)橋面板為0.3米厚的混凝土板。桁架桿件規(guī)格有三種，見下表：表6-2鋼桁架橋桿件規(guī)格桿件截面號形狀規(guī)格端斜桿1工字形400X 400X 16X 16上下弦2工字形400X 400X 12X 12橫向連接梁2工字形400X 400X 12X 12其他腹桿3工字形400X 300X 12X 12所用材料屬性如下表：表6-3材料屬性參數(shù)鋼材混凝土彈性模量EX2.1X 1011103.5X 10泊松比PRXY0.30.1667密度DENS78502500632

48、 GUI操作方法1. 創(chuàng)建物理環(huán)境1) 過濾圖形界面：GUI : Main MenuPreferences,彈出 “Preferences for GUI Filtering ”對話框，選中Structural” 來對后面的分析進(jìn)行菜單及相應(yīng)的圖形界面過濾。2) 定義工作標(biāo)題：GUI : Utility MenuFile Change Title，在彈出的對話框中輸入Truss Bridge StaticAnalysis”，單擊“ OK”。如圖 6-16 (a)。指定工作名：GUI : Utility MenuFile Cha nge Job name，彈出一個(gè)對話框，在En ter new

49、Name ”后面 輸入Structural”，“ New log and error files ”選擇 yes,單擊OK ”。如圖 6-16 (b)。圖6-16 ( a) 定義工作標(biāo)題圖6-16 (b)指定工作名3) 定義單元類型和選項(xiàng)：GUI: Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，彈出Element Types單 元類型對話框，單擊Add 按鈕，彈出Library of Element Types 單元類型庫對話框。在該 對話框左面滾動欄中選擇“Structural Beam,在右邊的滾動欄中選擇 “3D elastic 4,單

50、擊Ok”,定義了“ BEAM4 ”單元，如圖 6-17。繼續(xù)單擊“ Add”按鈕，彈出“ Library of Element Types 單元類型庫對話框。在該對話框左面滾動欄中選擇Structural Shell,在右邊的滾動欄中選擇“ Elastic 4node 63，單擊“ OK，定義了“ SHELL63 ”單元。得到如圖 6-18所示的結(jié)果。最 后單擊“ Close，關(guān)閉單元類型對話框。圖6-17單元類型庫對話框圖6-18單元類型對話框4）定義梁單元截面:GUI: Main MenuPreprocessorSectionsBeam Common Sections , 彈出Beam T

51、ool” 工 具條，如圖6-19填寫。然后單擊“ Apply ”，如圖6-19填寫；然后單擊“ Apply ”，如圖6-19填 寫，最后單擊“ OK ”。圖6-19定義三種截面每次定義好截面之后，點(diǎn)擊 “Preview ”可以觀察截面特性。在本模型中三種工字鋼截面特性如下圖6-20：sEmair metiev MTX 3 HUNKERAtta氈苗 iyy -.igii-ifl lEE 42SX-O5 CdcuxhieCennciid T譏一i-E1a,2i CentexT-.124E-13i CtricexEShEAE COEL.-.dO3J.SE-5hvE CdEF.YI9,LB7E-I3sheCszS.300559Cmtmld. ZSECTTOB FRETCE1T DA.U BOfflAFT3h3hJht&E Cenr-ti: Te CanbvE 1IEE-.mED3 U=pjng* CanMtant - MOE-DS racaaon Ennxtjuic .TO1E-M； CentEOid. T丄取I31T 匚n匕uoliL IIhABE CaiEi. IT ,bM71Be Coee- T3 rMIFE-12 5tu：&t CaiE. 2Z0L4L1ZI刃-如業(yè)“3fiEZTLOH rSEVIEW 軸亍jj. ur