基于ANSYS的桥梁分析

钢桁桥静应力分析使用GUI和命令流方法对钢桁桥进行了具体的静态应力分析。a问题说明图6-15钢桁架桥图据悉，支持的长度为72米，每段12米，腿宽10米，高16米。将桥面设置为0.3米厚的混凝土板，并且车辆在桥上行驶时，轴重量简化为计算梁力的集中力集。即可从workspace页面中移除物件。下表中有三种桁架构件规格。表6-2钢桁桥构件规范缺席剖面编号形状规格末端斜顶出器1字形4004001616上下县2字形4004001212水平连接梁2字形4004001212其他腹板3字形4003001212使用的材料性质如下表所示。表6-3材料特性参数钢材混凝土弹性系数EX2.110113.51010蒲松的非PRXY0.30.1667密度DENS78502500B GUI如何工作1.创建物理环境1)图形界面过滤：GUI:Main Menu Preferences，Preferences for GUI Filtering对话框弹出菜单，选择Structural以过滤菜单及其图形界面以进行后续分析。2)定义任务标题。GUI:Utility Menu File Change Title，在弹出对话框中输入“Truss Bridge Static Analysis”，然后单击“OK”。图6-16(a)。指定作业名称：GUI:utility menu file change job Name，对话框弹出菜单，在“Enter new Name”后输入“Structural”，然后输入“New log and error files”，这样是图6-16(b)。图6-16(a)定义任务标题图6-16(b)作业命名3)定义单元格类型和选项。GUI:main menu preprocess Element type Add/edit/delete，Element Types单元格类型对话框弹出菜单，单击Add按钮弹出Library of Element Types单元格类型库对话框。在对话框的左侧滚动条上选择“Structural Beam”，在右侧滚动条上选择“3D 188”，然后单击“确定”定义BEAM188单元，如图6-17所示。继续单击“添加”按钮以打开“Library of Element Types单元类型库”对话框。在对话框的左侧滚动条上选择“Structural Shell”，在右侧滚动条上选择“Elastic 4node 181”，然后单击“确定”以定义SHELL181单元。得到图6-18所示的结果。最后，单击“关闭”以关闭“单元类型”对话框。图6-17单元类型库对话框图6-18单元类型对话框4)定义梁单位剖面。GUI:main menu preprocess sections Beam common sections(主菜单流程梁通用设置)，弹出“Beam Tool(Beam工具)”工具栏，如图6-19所示。如图6-19所示，单击“Apply(应用)”。然后单击“Apply(应用)”，单击“OK(确定)”，如图6-19所示。图6-19定义了三种类型的截面每次定义截面时，单击“Preview”查看截面特性。在此模型中，三个I形梁剖面性质为图6-20。图6-20岁截面图和截面属性5)定义材料性质。打开GUI:main menu preprocess Material props Material models，Define Material Model Behavior对话框，然后在右侧列中双击“structural linear elastic isotropic”图6-23弹性模量和泊松的非设定图6-24设定密度继续在“定义材质模型浏览器”对话框的右侧列中双击“结构设计”，弹出“材质编号1的设计”对话框(如图6-24所示)，在对话框中，在DENS后面的输入栏中输入7850，然后单击“确定”。设置第一种钢材质后，还设置第二种混凝土桥面板材质。在“定义材质模型Behavior”对话框的“材质”菜单中，选择“新建模型”，然后根据默认材质编号单击“确定”。“定义材质模型浏览器”对话框的左侧将显示“材质模型编号2”。与第一个材质相同，在“线性Isotropic”中输入3.5e10，在PRXY中输入0.1667，在DENS中输入2500，然后单击“确定”退出。图6-25。最后，关闭“定义材质模型Behavior”对话框。图6-25材料属性定义2.建立有限元模型1)创建半跨度桥的节点：依次打开“GUI:utility menu modeling Create Nodes in Active CS，Create Nodes in Active CS”对话框，在x、y和z输入行中输入“0，0，-5”，然后单击“确定”。图6-26(a)然后，在“GUI:utility menu modeling Copy nodes COP，Copy nodes”对话框中，单击“Pick All”，然后从弹出对话框中填充，如图6-26(b)所示。继续执行Gui。在“utility menu modeling Copy nodes COP，Copy nodes”对话框中，单击“Pick All”，然后在填充图6-26(c)的弹出对话框中。图6-26(a)创建节点图6-26(b)复制节点图6-26(c)复制节点图6-27半桥模型的节点继续执行Gui:在utility menu modeling Copy nodes COP、“Copy nodes”对话框弹出窗口和ANSYS主窗口中，选择节点2、6和10作为箭头，单击“确定”，然后在弹出对话框中，在ITIME上为“2”、“DY”单击OK。继续执行Gui。在utility menu modeling Copy nodes COP、Copy nodes对话框弹出窗口、ANSYS主窗口中，选择节点3、7和11，单击OK，然后在弹出对话框中，将“2”、“DZ”单击OK。屏幕出现在最终的ANSYS主窗口中，如图6-27所示。2)创建半桥跨单元：选择第一个单元格属性。GUI:utility menu modeling create elements elem Attributes，如图6-28所示，弹出“Element Attributes(元素属性)”对话框。单击OK关闭窗口。图6-28单元属性选择图6-29创建端斜顶梁单元建立结束斜顶出器梁储存格：GUI:utility menu modeling create elements auto numbered thru Nodes，从“节点选择”对话框中，取出Elem from Nodes，分别选择节点11和14，然后单击“应用”。选择节点12和13。单击OK。图6-29。选择第二个单元格属性。GUI:utility menu modeling create elements elem Attributes，Element Attributes对话框弹出菜单，在SECNUM项目上选择“按项目选择”时，其他选项保持不变。单击OK关闭窗口。创建上弦杆和下弦杆及大梁梁单位：GUI:utility menu modeling create elements auto numbered thru Nodes、Elem from Nodes选择对话框弹出窗口，分别为节点2和6、节点6和10、节点10和14、节点1和5单击OK关闭窗口。选择第三个单元格属性。GUI:utility menu modeling create elements elem Attributes，Element Attributes对话框弹出菜单，在SECNUM条目中选择“3 FU”时，其他选项保持不变。单击OK关闭窗口。父弦和子弦以及梁杆梁单位设置：utility menu modeling create elements auto numbered thru nodes，节点3和6，节点6和11，节点4和5，节点5和12，节点2和3，节点1和4单击OK关闭窗口。3)梁单位剖面定义：GUI:main menu preprocess Sections Shell lay-upadd/edit，弹出Create and Modify Shell Sections工具栏，“name”后跟“ban”，“ban”4)选择第四个单元格属性。GUI:utility menu modeling create elements elem Attributes，Element Attributes对话框弹出窗口，选择TYPE项目2 shell 181，选择MAT项目2，选择SECNUM项目No Section单击OK关闭窗口。创建桥面板单位：GUI:utility menu modeling create elements auto numbered thru Nodes，选择Elem from Nodes选择对话框，然后选择节点1、2、6、5、5、6、10单击OK关闭窗口。图6-30。图6-30半桥单元5)全桥有限元模型生成：创建对称节点：GUI:main menu preprocess modeling Reflect Nodes，Reflect Nodes选择对话框弹出菜单，单击“Pick All”。在第二个对话框中，选择Y-Z plane，INC条目以填充14。单击“确定”关闭对话框。图6-31桥接器单元建立对称储存格：GUI:main menu preprocess modeling Reflect elements auto numbered，弹出“选择反射元素”对话框，然后单击“拾取全部”。在第二个对话框中，“NINC”条目将填充为“14”。单击OK。图6-31。6)匹配节点，合并单元：GUI:main menu preprocess numbering ctrls merge items，merge coincident or equivalenly defined items对话框弹出菜单，选择Label项目All，然后单击OK关闭窗口。图6-32。图6-32匹配节点和单元合并图6-33压缩编号压缩编号：GUI:main menu preprocess numbering ctrls Compress number，Compress Numbers对话框弹出菜单，选择Label项目All，然后单击OK关闭窗口。图6-33。7)保存模型文件。在Utility Menu File Save as、Save Database对话框弹出菜单和Save Database to下的输入栏中，输入文件名Structural_model.db，然后单击OK。3.加入边界条件和负载1)应用位移约束：约束梁支撑的支撑中节点的自由度，以模拟铰链支撑。假设梁的左