ANSYS结构力分析实例

基于图形界面的桁架桥梁结构分析(step by step)

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\"Old 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\"Old 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

解答 以下为基于ANSYS 图形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。

(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

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