桁架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工程中，車(chē)站、港口、工礦等大中型建筑內(nèi)都會(huì)見(jiàn)到。此結(jié)構(gòu)具有跨度大、載荷小等特點(diǎn)。本文基于WELSIM仿真軟件，模擬了其在自身重力作用下的等效位移和變形。

1.實(shí)物模型

可以看到桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)用與各種場(chǎng)合，而桁架的設(shè)計(jì)，尤其是結(jié)構(gòu)的承受能力與穩(wěn)定能力是至關(guān)重要的。

桁架的形式也是多種多樣，每種經(jīng)典的桁架設(shè)計(jì)都有其自身的優(yōu)點(diǎn)。常見(jiàn)的桁架概念設(shè)計(jì)如下：

桁架的形式也是多種多樣，每種經(jīng)典的桁架設(shè)計(jì)都有其自身的優(yōu)點(diǎn)。常見(jiàn)的桁架概念設(shè)計(jì)如下：

2.有限元模型

我們將CAD軟件中設(shè)計(jì)好的桁架模型導(dǎo)入WELSIM軟件，并進(jìn)行后續(xù)分析。

可以看到導(dǎo)入的桁架是個(gè)多體結(jié)構(gòu)，由于大多數(shù)的桁架結(jié)構(gòu)都是通過(guò)焊接或者鉚接而成，而且材料一般是一致的。我們將桁架梁整合起來(lái)，可以免去接觸的設(shè)置步驟，同時(shí)節(jié)約計(jì)算時(shí)間。WELSIM提供了將幾何體整合的功能，可以從工具欄或者菜單欄選擇“Union”。

結(jié)構(gòu)合并后，會(huì)得到一個(gè)幾何體。如圖所示。這里我們使用默認(rèn)的結(jié)構(gòu)鋼材料。

3.網(wǎng)格劃分

WELSIM提供了自動(dòng)網(wǎng)格劃分功能，只需簡(jiǎn)單設(shè)置一下，便可迅速得到劃分好的單元與節(jié)點(diǎn)。這里我們?cè)O(shè)置使用Tet10單元，網(wǎng)格劃分結(jié)果如下，共有147811個(gè)節(jié)點(diǎn)，78081個(gè)四面體單元。

4.載荷與約束的施加

在這個(gè)結(jié)構(gòu)上我們將底部的兩端固定住，如圖所示。

                                                                                      底端左部的固定約束

                                                                                   底端右部的固定約束

接下來(lái)我們輸入代表桁架自重的體力。體力是一種作用于物件整體的力量。 重力，電場(chǎng)和磁場(chǎng)引起的力都屬于體力。 體力與施加在物體表面上的接觸力或表面力是不一樣的。一些虛擬的力，如離心力，歐拉力和科里奧利效應(yīng)也屬于體力。

和表面力一樣，體力也是一個(gè)有方向的向量力。它可以看作是外部體力密度對(duì)整體質(zhì)量的乘積，計(jì)算公式如下：

WELSIM支持體力的輸入，用戶(hù)可以從工具欄或者菜單欄找到體力的按鈕，如圖所示

在圖形選擇窗口，系統(tǒng)也提供了不同的圖形選擇方式，如圖所示，分別是選擇體積，表面，邊，和節(jié)點(diǎn)。

由于是在整個(gè)體積上施加體力，我們激活體積的選擇，并在圖形上選擇。同時(shí)給與一個(gè)1e6大小，方向向下的值。

5.結(jié)果的分析

點(diǎn)擊求解按鈕，很快就可以得到計(jì)算分析結(jié)果了。最大的綜合變形是2.793e-3，最大的Von-Mises應(yīng)力是1.669e8。

綜合變形結(jié)果，最大值2.793e-3

Von-Mises應(yīng)力結(jié)果，最大值1.669e8

結(jié)果云圖所示桁架結(jié)構(gòu)的的等效變形圖和應(yīng)力圖，我們可以很清楚的了解到自重對(duì)桁架所產(chǎn)生的變形與應(yīng)力。用戶(hù)還可以查看其它分析結(jié)果，如應(yīng)變，支撐位置的反作用力等。

注：WELSIM是一款由中國(guó)人研發(fā)的大型通用有限元軟件。體力（Body Force）是v1.7版本中新引入的功能。