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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
【ANSYS算例】3.4.2(1) 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
构件 惯性矩m4 横截面积m2 顶梁及侧梁(Beam1) 桥身弦梁(Beam2) 底梁(Beam3)
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 →
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