重庆大学土木工程学院有限元ANSYS课程作业Word格式.docx

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2.19<

10^m2

桥身弦梁

1.87^10“

1.185X10^

底梁

8.47X10“

3.031X10」

一、BEAM单元模型建模过程如下：

（1）设置工作名称及图形标题

选择菜单项UtilityMenu宀File^ChangeJobname,指定分析工作名称为TrussBridge;

再通过菜单项UtilityMenu宀File^ChangeTitle，指定图形显示区域的标题为Bridge。

（2）设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences—>

Structural宀OK,通过MainMenu:

Preprocessor进入前处理器开始建模。

（3）定义单元类型

ANSYSMainMenu:

PreprocessortElementTypetAdd/Edit/Delete…tAdd…tBeam:

2d

elastic3toktClose定义完单元类型关闭窗口

Beam3tOKtinputRealConstantsSetNo.:

丄AREA:

2.19E-3,Izz:

3.83e-6（1号实常数用于顶梁和侧梁）tApplytinputRealConstantsSetNo.:

_2,AREA:

1.185E-3,Izz:

1.87E-6（2号实常数用于弦杆）tApplytinputRealConstantsSetNo.:

3,AREA:

3.031E-3,Izz:

8.47E-6（3号实常数用于底梁）tOKtClose,如图1.2。

（5）定义材料参数

PreprocessortMaterialPropstMaterialModelstStructuraltLineartElastictIsotropictinputEX:

2.1e11,PRXY:

0£

（定义泊松比及弹性模量）tOKtDensity（定义材料密度）tinputDENS:

7800,tOKtClose。

如图1.3。

NaterialUcdl^laA^kil^Jblc

图1.3定义材料参数

（6）构造桁架桥模型

生成桥体几何模型

PreprocessortModelingtCreatetKeypointstInActiveCStNPT

Keypointnumber:

1；

X,Y,ZLocationinactiveCS:

0,0宀Apply宀同样输入其余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-StraightLine-依次分别连接特征点—OK

网格划分

Preprocessor—Meshing—MeshAttributes—PickedLines—选择桥顶梁及侧梁—OK—selectREAL:

1,TYPE:

1—Apply—选择桥体弦杆—OK—selectREAL:

2,TYPE:

1_—Apply—选择桥底梁—OK—selectREAL:

3,TYPE:

1_—OK—ANSYSMainMenu:

Preprocessor—Meshing—MeshTool—位于SizeControls下的Lines：

Set—ElementSizeonPicked—Pickall—Apply—NDIV:

1—OK—Mesh—Lines—Pickall—OK（划分网格）

（7）模型加约束

Solution—DefineLoads—Apply—Structural—Displacement—OnNodes—选取桥身左端节点—OK—selectLab2:

AllDOF—Apply—选取桥身右端节点—OK—selectLab2:

UY—OK

（8）施加载荷

Solution—DefineLoads—Apply—Structural—Force/Moment—OnKeypoints—选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20）—OK—selectLab:

FY,Value:

-5000—Apply—选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16）—OK—selectLab:

-10000—OK—ANSYSUtilityMenu:

—Select—Everything

ELEME3mT3

U

ROT

F

—'

■

—

bridge

图1.4桁架桥模型

（9）计算分析

Solution—Solve—CurrentLS—OK

（10）结果显示

GeneralPostproc—PlotResults—Deformedshape—Defshapeonly—OK（返回至UPlotResults）—ContourPlot—NodalSolu—DOFSolution,Y-ComponentofDisplacement

—OK（显示Y方向位移UY）

Bridge

图1.6桁架桥轴力图

（11）退出系统

ANSYSUtilityMenu:

File宀Exit宀SaveEverythingtOK

计算结果显示：

桁架桥Y方向最大位移为0.003375m,最大轴力为25380N

二、Link单元建模过程如下：

选择菜单项UtilityMenutFiletChangeJobname,指定分析工作名称为TrussBridge2;

再通过菜单项UtilityMenutFiletChangeTitle，指定图形显示区域的标题为Bridge-link。

Preferences…tStructuraltOK

（3）定义单元类型

1toktClose定义完单元类型关闭窗口

九AREA:

8.47E-6（3号实常数用于底梁）tOK（backtoRealConstantswindow）tClose（theRealConstantswindow）

03（定义泊松比及弹性模量）tOKtDensity（定义材料密度）tinputDENS:

7800,tOKtClose（关闭材料定义窗口）

PreprocessorfModelingfCreatefKeypointsfInActiveCSfNPTKeypointnumber:

1,X,Y,ZLocationinactiveCS:

0,0fApplyf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））fLinesfLinesfStraightLinef依次分别连接特征点fOK

PreprocessorfMeshingfMeshAttributesfPickedLinesf选择桥顶梁及侧梁fOKfselectREAL:

],TYPE:

1fApplyf选择桥体弦杆fOKfselectREAL:

1_fApplyf选择桥底梁fOKfselectREAL:

1_fOKfANSYSMainMenu:

PreprocessorfMeshingfMeshToolf位于SizeControls下的Lines：

SetfElementSizeonPickedfPickallfApplyfNDIV:

1fOKfMeshfLinesfPickallfOK（划分网格）

SolutionfDefineLoadsfApplyfStructuralfDisplacementfOnkeypointsf选取桥身左端关键点fOKfselectLab2:

AllDOFfApplyf选取桥身右端关键点fOKfselectLab2:

UYfOK

SolutiontDefineLoadstApplyt

tANSYSUtilityMenu:

tSelecttEverything

Bcidge-link

图2.5施加约束及荷载

SolutiontSolvetCurrentLStOK

GeneralPostproctPlotResultstDeformedshapetDefshapeonlytok（返回到PlotResults）tContourPlottNodalSolutDOFSolution,Y-ComponentofDisplacementtok（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

ANSYSMainMenutGeneralPostproctElementTabletDefineTabletAddtLab:

[A],Bysequencenum:

[SMISC,1]tOKtClose

定义线性单元J节点的轴力

[B],Bysequencenum:

画出线性单元的受力图（见图3-24（b））

ANSYSMainMenutGeneralPostproctPlotResultstContourPlottLineElemRest

LabA:

[A],LabB:

[B],Fact:

[1]tOK

FiletExittSaveEverythingtOK

图2.6模型Y方向位移图

图2.7模型轴力图

桁架桥Y方向最大位移为0.00339m，最大轴力为25455N

由两个模型的计算结果表明，link单元与beam单元模型Y方向最大位移值相差0.000015m，差异值很小，且二者变形趋势相同；

二者最大轴力值相差75N，结果差异也很小。

三、讨论长细比对计算结果的影响，建模过程不在赘述！

将原模型放大为原模型的1.5倍，桥长L=48m,桥高H=8.25m。

桥身由8段桁架组成，每段长6m。

其它条件不变。

BEAM单元模型计算结果：

STEP=1

SUB=1TIME=1

BE

MIN=-2LB15

EL^M=12

MAX=25^20

25420

bridge-beam-48

图3.2beam单元轴力图

beam单兀模型丫方向最大位移为0.004546m;

最大轴力为25420N.

LINK单元模型计算结果如下：

AN

JUL42C13

17:

15:

22

LINK单元模型丫方向最大位移为0.005085m;

最大轴力为25455N.

NODALSOLUTIOW

STEP-1

SUB=1

TIME=1

UY（AV^J

RSYS=0

DMX=,（11）5111

5MN--*005055

bridge-link-48

图3.3link单元模型丫方向位移图

Bridge-link

图3.4link单元模型轴力图

将四次建模计算结果列入表格进行比较，如下表:

表2

Bean单元模型

Link单元模型

水平桁架长度

L=4m

L=6m

丫最大位移值（m

0.003375

0.004575

0.00339

0.00511

最大轴力值（N

25380

25455

以上数据表可以看出：

1、beam单元模型与link单元模型计算的轴力大小基本一致，link单元计算出来的位移值比beam单元计算值稍大；

二者总体差别不大。

2、随着长细比的增加，beam单元模型和link单元模型丫方向位移值也会增大，link单元增加的值更大。

并且，长细比越大，beam单元模型和link单元模型位移值相差值也越大！

3、当荷载条件及材料几何属性不变时，beam单元和link单元最大轴力值基本相等，且和长细比无关。

由于建模数量有限，且条件改变单一，以上结论可能存在不足之处。