1、0 Apply Node number 2 X:1.44,Y:0 Apply Node number 3 X:0,Z:0ApplyNode number 4 X:0OK 生成单元 ANSYS Main Menu:Preprocessor Modeling Create Element Auto Numbered Thru Nodes 选择节点 1，2（生成单元 1）apply 选择节点 1，3（生成单元 2）apply 选择节点 2，4（生成单元 3）OK （7）模型施加约束和外载模型施加约束和外载 左边加 X 方向的受力 ANSYS Main Menu:Solution Define Loa
2、ds Apply Structural Force/Moment On Nodes 选择节点选择节点 1 apply Direction of force:FX VALUE：3000 OK 上方施加 Y 方向的均布载荷 ANSYS Main Menu:Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Beams 选取单元 1（节点 1 和节点 2 之间）apply VALI：4167VALJ：4167OK 左、右下角节点加约束 ANSYS Main Menu:Solution Define Loads Apply Structural Dis
3、placement On Nodes 选取节点 3 和节点 4 Apply Lab:ALL DOF OK（8）分析计算分析计算 ANSYS Main Menu:Solution Solve Current LS OK Should the Solve Command be Executed?Y Close（Solution is done!）关闭文字窗口关闭文字窗口（9）结果显示结果显示 ANSYS Main Menu:General Postproc Plot Results Deformed Shape Def+Undeformed OK（返回到 Plot Results）（10）退出系统
4、退出系统 ANSYS Utility Menu:File Exit Save EverythingOK（11）计算结果的验证计算结果的验证 与 MATLAB 支反力计算结果一致。2完全的命令流完全的命令流!%典型例题3.3.7（3）%begin%/PREP7 !进入前处理 ET,1,beam3 !选择单元类型 R,1,6.5e-7,6.8e-4 !给出实常数（横截面积、惯性矩）MP,EX,1,3e11 !给出材料的弹性模量 N,1,0,0.96,0 !生成 4 个节点,坐标（0,0.96,0），以下类似 N,2,1.44,0.96,0 N,3,0,0,0 N,4,1.44,0,0 E,1,2
5、!生成单元（连接 1 号节点和 2 号节点），以下类似 E,1,3 E,2,4 D,3,ALL !将 3 号节点的位移全部固定 D,4,ALL !将 4 号节点的位移全部固定 F,1,FX,3000 !在 1 号节点处施加 X 方向的力（3000）SFBEAM,1,1,PRESS,4167 !施加均布压力 FINISH !结束前处理状态 /SOLU !进入求解模块 SOLVE !求解 FINISH !结束求解状态/POST1 !进入后处理 PLDISP,1 !显示变形状况 FINISH !结束后处理 !%典型例题3.3.7（3）%end%【ANSYS 算例】算例】3.4.2（1）基于基于图形图
6、形界面的界面的桁架桥梁结构分析桁架桥梁结构分析（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
7、=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）643.83 10 m 322.19 10 m 桥身弦梁（Beam2）61.87 10 31.185 10 底梁（Beam3）68.47 10 33.031 10 解答解答 以下为基于 ANSYS 图形界面（Graphic User Interface,GUI）的菜单操作流程。（1）进入进入 ANSYS（设定工作目录和工作
8、文件）（设定工作目录和工作文件）程序程序 ANSYS ANSYS Interactive Working directory（设置工作目录）Initial jobname（设置工作文件名）:TrussBridge Run OK（2）设置计算类型设置计算类型 ANSYS Main Menu：Preferences Structural OK（3）定义单元类型定义单元类型 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
9、实常数以确定梁单元的截面参数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,
10、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
11、）（6）构造桁架桥模型构造桁架桥模型 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）
12、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 Eleme
13、nt Size on Picked Pick all Apply NDIV：1 OK Mesh Lines Pick all OK（划分网格）（7）模型加约束模型加约束 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）施加载荷施加载荷 ANSYS Main Menu:Solution Define Loads Appl
14、y 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:-10000 OK ANSYS Utility Menu：Select Everything（9）计算分析计算分析 ANSYS Main Menu：Solution Solve Current LS OK（10）结果显示结果显示 ANSYS Main Menu：General Postproc Plot Results De
15、formed 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
16、 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）退出系统退出系统 ANSYS Utility Menu：File Exit Save Everything OK （a）桥梁中部最大挠度值为 0.003 374m （b）桥梁
17、中部轴力最大值为 25 380N 图 3.24 桁架桥挠度 UY 以及单元轴力计算结果 【ANSYS 算例】算例】3.4.2（2）基于基于命令流方式命令流方式的的桁架桥梁结构分析桁架桥梁结构分析 !%ANSYS 算例3.4.2（2）%begin%!-注：命令流中的符号$，可将多行命令流写成一行-/prep7 !进入前处理/PLOPTS,DATE,0 !设置不显示日期和时间!=设置单元和材料 ET,1,BEAM3 !定义单元类型 R,1,2.19E-3,3.83e-6,!定义 1 号实常数用于顶梁侧梁 R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0,!定义 2 号实常数用于弦杆 R,3
18、,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0,!定义 3 号实常数用于底梁 MP,EX,1,2.1E11 !定义材料弹性模量 MP,PRXY,1,0.30 !定义材料泊松比 MP,DENS,1,7800 !定义材料密度!-定义几何关键点 K,1,0,0,$K,2,4,0,$K,3,8,0,$K,4,12,0,$K,5,16,0,$K,6,20,0,$K,7,24,0,$K,8,28,0,$K,9,32,0,$K,10,4,5.5,$K,11,8,5.5,$K,12,12,5.5,$K,13,16,5.5,$K,14,20,5.5,$K,15,24,5.5,$K,16,28,5.5,!-通
19、过几何点生成桥底梁的线 L,1,2$L,2,3$L,3,4$L,4,5$L,5,6$L,6,7$L,7,8$L,8,9 !-生成桥顶梁和侧梁的线 L,9,16$L,15,16$L,14,15$L,13,14$L,12,13$L,11,12$L,10,11$L,1,10 !-生成桥身弦杆的线 L,2,10$L,3,10$L,3,11$L,4,11$L,4,12$L,4,13$L,5,13$L,6,13$L,6,14$L,6,15$L,7,15$L,7,16$L,8,16 !-选择桥顶梁和侧梁指定单元属性 LSEL,S,9,16,1,LATT,1,1,1,!-选择桥身弦杆指定单元属性 LSEL,S
20、,17,29,1,LATT,1,2,1,!-选择桥底梁指定单元属性 LSEL,S,1,8,1,LATT,1,3,1,!-划分网格 AllSEL,all !再恢复选择所有对象 LESIZE,all,1,1 !对所有对象进行单元划分前的分段设置 LMESH,all !对所有几何线进行单元划分 !=在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解/solu NSEL,S,LOC,X,0 !根据几何位置选择节点 D,all,ALL,!对所选择的节点施加位移约束 AllSEL,all !再恢复选择所有对象 NSEL,S,LOC,X,32 !根据几何位置选择节点 D,all,UY,!对所选择的节点施加位移约束
21、ALLSEL,all !再恢复选择所有对象 !-基于几何关键点施加载荷 FK,4,FY,-5000$FK,6,FY,-5000$FK,5,FY,-10000/replot !重画图形 Allsel,all !选择所有信息（包括所有节点、单元和载荷等）solve !求解!=进入一般的后处理模块 /post1 !后处理 PLNSOL,U,Y,0,1.0 !显示 Y 方向位移 PLNSOL,U,X,0,1.0 !显示 X 方向位移!-显示线单元轴力-ETABLE,bar_I,SMISC,1 ETABLE,bar_J,SMISC,1 PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1 !画出轴力图 fini
22、sh !结束!%ANSYS 算例3.4.2（2）%end%【ANSYS 算例】算例】3.4.2（3）基于基于参数化方式参数化方式的的桁架桥梁结构分析桁架桥梁结构分析 !%ANSYS 算例3.4.2（3）%begin%!以下命令流中的符号$，表示可将多行命令流写成一行-/prep7 !=进行参数化建模的参数设置!（1）将桥梁总长度设为 L，每段水平桁架长度设为 DL，桥梁高度设为 H L=32 DL=L/8 H=5.5!（2）将桥梁钢截面的面积设为 A，惯性矩设为 I A1=2.19E-3 I1=3.83E-6 A2=1.185E-3 I2=1.87E-6 A3=3.031E-3 I3=8.47
23、E-6!（3）将弹性模量和泊松比设为参数 e_modu=2.1e11 prxy_Poi=0.3!（4）将载荷值设为参数 P1=-5000$P2=-10000$P3=-5000!=下面开始有限元的建模和分析 ET,1,BEAM3 !定义单元类型 R,1,A1,I1,!定义 1 号实常数用于顶梁侧梁 R,2,A2,I2,0,0,0,0,!定义 2 号实常数用于弦杆 R,3,A3,I3,0,0,0,0,!定义 3 号实常数用于底梁!-定义钢的弹性模量和泊松比 MP,EX,1,e_modu MP,PRXY,1,prxy_Poi MP,DENS,1,7800 !-定义关键点 K,1,0,0,$K,2,D
24、L,0,$K,3,2*DL,0,$K,4,3*DL,0,$K,5,4*DL,0,$K,6,5*DL,0,K,7,6*DL,0,$K,8,7*DL,0,$K,9,8*DL,0,$K,10,DL,H,$K,11,2*DL,H,$K,12,3*DL,H,K,13,4*DL,H,$K,14,5*DL,H,$K,15,6*DL,H,$K,16,7*DL,H,!-生成桥顶梁和侧梁 的线 L,9,16$L,15,16$L,14,15$L,13,14$L,12,13$L,11,12$L,10,11$L,1,10 !选择 x=0 处的节点 D,all,ALL,!施加完全固定的约束 AllSEL,all NSEL
25、,S,LOC,X,L !选择 x=L 处的节点 D,all,UY,!施加 UY 方向固定的约束 ALLSEL,all!-施加载荷 FK,4,FY,P1$FK,6,FY,P3$FK,5,FY,P2/replot Allsel,all !选择所有信息（包括所有节点，单元，载荷等）solve !-显示线单元轴力 ETABLE,bar_I,SMISC,1 ETABLE,bar_J,SMISC,1 PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1 finish !%ANSYS 算例3.4.2（3）%end%【ANSYS 算例】算例】4.3.2（4）三角形单元与矩形单元的精细网格的计算比较三角形单元与矩形单元
26、的精细网格的计算比较 针 对【典 型 例 题】4.3.2（3）的 问 题，即 如 图 4-7 所 示 的 平 面 矩 形 结 构，取1,1,0.25Et，假设约束和外载为 BC（）:0,0,0BC（）:1,0,1,0,0AADBxByCxCyDyuuvupPPPPP 位移边界条件力边界条件 （4-67）图 4-7 平面矩形结构的有限元分析 在 ANSYS 平台上，进行三角形单元与矩形单元的精细网格的划分，完成相应的力学分析。解答解答 下面基于ANSYS平台，进行三角形单元与矩形单元的精细网格的划分，见图4-11。对该问题进行有限元分析的过程如下。（a）采用三角形单元的划分 （b）采用四边形单元
27、的划分 图 4-11 基于 ANSYS 平台的精细网格划分（每边划分 10 段）1 基于图形界面的交互式操作基于图形界面的交互式操作（step by step）（1）进入进入 ANSYS（设定工作目录和工作文件）（设定工作目录和工作文件）程序程序 ANSYS ANSYS Interactive Working directory（设置工作目录）Initial jobname（设置工作文件名）:TrussBridge Press Run OK（2）设置计算类型设置计算类型 ANSYS Main Menu:Preferences Structural OK（3）定义定义分析分析类型类型 ANSYS Main Menu:Preprocessor Loads Analysis Type New Analysis STATIC OK（4）定义材料参数定义材料参数 ANSYS Main Menu:Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic EX:1（弹性模量）,PRXY:0.25（泊松比）OK 鼠标点击该窗口右上角的“”来关闭该窗口（5）定义单元类型定义单元类
