abaqus桁架結構的案例
《基于 ABAQUS 的大跨距桁架不同截面模態分析和結構優化》
[ 摘要 ] 針對某企業多臺聯動 CNC 車床大跨距桁架機械手機身剛度及整機穩定性問題，基于 ABAQUS 模態 分析理論，對大跨距桁架機械手橫梁不同橫截面進行分析，比較并判別最優橫截面材料力學性能。通過對 桁架機械手橫梁不同橫截面的有限元分析，得出其自振頻率以及前 6 階振型圖。根據企業要求，優化橫梁 結構，使其在滿足高精度高剛度的要求下，機構重量減輕，滿足企業生產需求，提高經濟效益。
[ 關鍵詞 ] ABAQUS；結構優化；模態分析；振動；桁架機械手
0 引言
桁架機械手是一種建立在直角 X，Y，Z 三 坐標系統基礎上 [1]，可以調整零件位置，或者實 現零件的軌跡運動等功能的全自動工業設備 [2]。大部分桁架機械手由直線運動模塊組成 [3-4]。本 文針對江西贛州某自動化加工鐘表企業，實現自 動抓取加工表殼功能，設計出一款適用于多臺 CNC 車床的大跨距桁架機械手。該系統能實現三 臺 CNC 車床并行工作，提高工件加工生產效率， 但由于其桁架機械手縱梁跨度較大，故需要對其 進行桁架結構模態分析，并需要進一步優化結構。
本文大跨距桁架機械手主要由 X 軸橫梁組件、Y軸縱梁組件和支撐立柱等核心部件組成[5-6]。企業要求大跨距橫梁采用矩形橫截面，故對其橫 梁截面進行優化，使其在滿足高精度高剛度的要 求下，機構重量減輕，滿足企業生產需求，提高 經濟效益。
裝有機械臂的組件需要在 X 軸橫梁上行走， 在此過程中，會對 X 軸橫梁產生一定載荷，在此載荷下，機身容易發生變形，需要對對 X 軸橫梁 進行模態分析，優化結構，避免發生共振 [7-8]。
1 桁架機械手結構
如圖 1 所示，X，Y，Z 三個方向的運動組件 為桁架機械手的核心組件，定義規則遵循笛卡爾 坐標系 [9-10]。
展開 四桿桁架結構的有限元
ANSYS Main Menu: Solution ------ Define Loads ------ Apply ------Structural ------ Displacement ------ On Nodes ------用鼠標選擇節點 1------ OK------ALL DOF------OK------用鼠標選擇節點 2------ OK ------UY------OK------用鼠標選擇節點 4------ OK ------ALL DOF------OK
加載集中力
ANSYS Main Menu: Solution ------ Define Loads ------ Apply ------Structural ------ Force/moment------ On Nodes------用鼠標選擇結構節點 2------ Apply ------FX， VALUE: 20000 ------ Apply------用鼠標選擇結構節點 3------ Apply ------FY，VALUE: －25000 ------OK
(9) 分析計算
ANSYS Main Menu: Solution ------ Solve ------ Current LS ------OK ------ Close (Solution is done!
展開 桁架結構靜力分析
桁架結構靜力分析.docx
MATLAB實戰 | 平面桁架結構受力分析
桁架是工程中常用的一種結構，各構件在同一平面內的桁架稱為平面桁架。如圖7-3所示的平面桁架結構由連接于A、B、C、D、E、F、G、H共8個節點的13根桿件構成。在節點B、E和F上施加指定載荷，求桁架每根桿件上的軸力。
對于靜態平衡的桁架而言，它的各個節點也一定是平衡的，即在任何節點上水平方向或垂直方向受力之和都必須為零。因此，可以對每一個節點列出兩個獨立的平衡方程，從而可求出桿件的軸力。對于8個節點，可以列出16個方程，方程數多于待定的13個未知量。為使該桁架靜定，即為使問題存在唯一解，我們假定：節點A在水平和垂直方向上剛性固定，而節點H僅在垂直方向剛性固定。
展開 
基于ANSYS WORKBENCH的桁架結構的分析
有不少朋友經常問到在WB中的桁架分析問題。例如下面的桁架，有兩個端點被固定，而在C處施加一個向下的集中力，如何計算該問題？
在ANSYS APDL中，計算該問題非常簡單。但是在WB中，則比較麻煩。對于線體模型，WB中默認的單元類型是BEAM188，如果直接使用默認單元會帶來一些出乎意料的結果。本文使用LINK180建模，這樣就需要插入命令流。下面說明使用LINK180的建模方法。
1. 創建靜力學結構分析系統。
2. 創建幾何模型
（1）創建草圖
（2）根據草圖生成線體模型
創建圓形截面，其半徑為10mm（該尺寸隨便設置，后面會被覆蓋）
將截面屬性賦予給線體模型
3. 設置桿的單元類型
在線體模型下添加命令
在命令文件編輯窗口輸入下列命令
、
上述命令的含義是：
第1行，設置單元類型是LINK180
第2-3行，設置截面類型是實心圓，且其橫截面積是10mm2
4. 劃分網格
在MESH下添加一個單元尺寸控制，設置給所有邊劃分1等份。
網格劃分結果如下圖
5. 施加邊界條件
該下面兩個關鍵點施加固定支撐，給上面點施加數值向下的力100N,結果如下圖
6. 求解并進行后處理
進行求解。
然后進行后處理。可以發現應力，應變，能量等按鈕均不可使用。
使用BEAM TOOL。
但是ANSYS表明，該梁工具不能使用。
添加BEAM RESULTS
但是ANSYS表明，該梁工具也不能使用。
使用WORKSHEET所提供的自定義數據類型，選擇其中的總位移結果
、
得到位移如下圖
讀者可嘗試使用WORKSHEET中的其它用戶自定義結果，
【評論】
1. 通過在幾何體模型后面添加命令，并編輯命令文本，可以設定單元為桿單元LINK180.
2.
展開 MeshFree桁架梁結構的拓撲優化分析
拓撲分析可以大大提高結構設計師的方案構思效率，在很多行業和領域的應用越來越多。
本文利用MeshFree對經典桁架梁結構進行拓撲優化分析，并與行業內著名的optistruct軟件結果進行對比，兩者結果幾乎相同。
模型分析
桁架設計空間及工況加載如下圖所示：
模型材質：鋼材，彈性模量=210000，泊松比=0.3，密度=7.8e-9。
邊界條件：左側半圓區域約束自由度，右端收到垂向載荷。
設計區域：整個平板；
約束條件：最少質量降低70%；
優化目標：結構剛度最大。
結果對比
結果討論
1、通過上述對比可知，兩者的材料分布方案幾乎一樣；
2、優化細節設置及后處理不能完全一致，所以導致細節存在差異，但是不影響結構方案設計。
3、MeshFree不僅在性能分析方面快速高效，其結構優化技術值得推廣應用。
展開 自重下的桁架結構有限元分析
桁架結構結構廣泛應用于工程中，車站、港口、工礦等大中型建筑內都會見到。此結構具有跨度大、載荷小等特點。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.實物模型
可以看到桁架結構應用與各種場合，而桁架的設計，尤其是結構的承受能力與穩定能力是至關重要的。
桁架的形式也是多種多樣，每種經典的桁架設計都有其自身的優點。常見的桁架概念設計如下：
桁架的形式也是多種多樣，每種經典的桁架設計都有其自身的優點。常見的桁架概念設計如下：
2.有限元模型
我們將CAD軟件中設計好的桁架模型導入WELSIM軟件，并進行后續分析。
可以看到導入的桁架是個多體結構，由于大多數的桁架結構都是通過焊接或者鉚接而成，而且材料一般是一致的。我們將桁架梁整合起來，可以免去接觸的設置步驟，同時節約計算時間。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”。
結構合并后，會得到一個幾何體。如圖所示。這里我們使用默認的結構鋼材料。
3.網格劃分
WELSIM提供了自動網格劃分功能，只需簡單設置一下，便可迅速得到劃分好的單元與節點。這里我們設置使用Tet10單元，網格劃分結果如下，共有147811個節點，78081個四面體單元。
4.載荷與約束的施加
在這個結構上我們將底部的兩端固定住，如圖所示。
展開 雙扭曲空間鋼管桁架屋面結構工程
滄州體育場主體結構為鋼筋混凝土框架結構，地上四層，屋蓋結構為橢圓形空間鋼管桁架結構體系。屋蓋的橢圓形結構長軸長271米，短軸長231米。整個屋蓋結構由20組環形桁架單元體沿橢圓形結構布置而成。每組環形桁架通過斜撐支撐在看臺E軸的三層結構柱上，底腳支座位于F軸一層結構柱上。每組環形桁架單元體由2榀主桁架、2榀次桁架、2榀封邊桁架和系桿組成。每榀桁架均由空間三維曲線組成，截面呈倒三角形，最大截面高4.5米、寬3米。鋼桁架最高點中心標高達42.1米。上、下弦桿主要截面為Φ273×8～Φ273×18，腹桿主要截面為Φ168×8、Φ219×12，材質均為Q345B。屋蓋鋼結構工程用鋼量約4000噸。
滄州體育場雙扭曲空間鋼管桁架屋面結構工程
滄州體育場鋼結構吊裝完成
結構形式復雜，安裝難度大，需設置大量臨時支撐
主、次桁架弧長最長達65米，投影長度達48米，桁架頂標高最高為42.1米，單榀最重達50噸，支點分別支撐于一層和三層結構柱上，每榀桁架均為空間三維構造，空間定位困難，且桁架吊裝到位后，需設置可靠的支撐。如何確保吊裝安全可靠且保質保量地完成鋼結構安裝是本工程最難、最重要的一點。
解決對策：使用大型的履帶吊車進行吊裝，并將桁架進行合理的分段，在分段點處設置支撐。桁架的支撐選用標準長度的Φ609×16圓管，圓管間使用Φ133×12鋼管作為系桿進行拉結。根據支撐高度的不同，Φ609×16圓管作為主桁架的支撐時可組拼成兩種形式：一種為門式，設置在主桁架以及次桁架兩個分段之間，組成門式框架結構；另一種為三角形，設置在主桁架與內封邊桁架接口位置。由于門式支撐設置在看臺結構上，為保證結構安全，在門式支撐架下設置橫向轉換梁，并在下部混凝土梁使用碗扣腳手架進行加固。
展開 交錯桁架結構在公寓樓中的應用
車庫上部的住宅樓層采用交錯桁架支承預制板。交錯桁架有一處與典型交錯桁架不同的地方，適用于地震區。因此降低了對橫隔板的要求，也給結構提供了冗余度，只是自重和造價有少量增加。它們也降低了柱在施工過程中的彎矩，因此減小了柱的尺寸。在桁架和樓板厚度之間，樓板在施工的時候要增設水平支撐，用于減少安裝時的臨時系桿和鋼索的應用，可加速施工進程。
交錯桁架提供的規則的幾何形狀，減少了結構材料和勞動力的用量。因為桁架是在工廠制作的，現場安裝時只要把柱的拼接、門窗過梁和其它鋼構件安裝到位就行。有趣的是，6層車庫的安裝時間比上部16層塔樓安裝的用時還要長。
有效地利用鋼材使得框架結構每平方英尺的用鋼量僅13lb（約63kg/㎡）。樓板間距離的減小加上基礎的有效利用，與原來的混凝土結構方案相比，有不小的節約。如果城市的一些部分能實現這樣的效率和快節奏的商業活動，無疑是有益的。該建筑是成功利用鋼結構的一個典范。
來源：鋼結構
展開 【iSolver案例分享8】三角桁架結構分析
如圖所示的桁架結構，各個桿的長度和約束如圖所示，材料為鋼，彈性模量為2.0E6 GPa，橫截面積為100m㎡，求該結構的節點位移、單元位移和支反力。
圖1 三角桁架結構
iSolver可以基于ABAQUS完成有限元模型的前后處理工作。靜力學分析的基本步驟如下。
（1）建立幾何模型。
（2）定義材料屬性。
（3）進行模型裝配。
（4）定義分析步。
（5）施加邊界條件和載荷。
（6）定義作業，求解。
（7）結果分析。
操作：
創建幾何部件：
圖2 創建幾何
圖3 賦予材料屬性
定義輸出：
圖4 定義輸出
設置邊界條件及載荷：
圖5 設置邊界條件及載荷條件
采用T2D2單元劃分網格：
圖6劃分網格
分別采用Abaqus和iSolver求解器進行計算。
圖7分別提交Abaqus和iSolver求解器計算
計算結果對比：
對比兩者的計算結果：
圖8 Abaqus和iSolver計算的應力對比（左: iSolve，右：Abaqus）
圖9 Abaqus和iSolver計算的位移對比（左: iSolve，右：Abaqus）
由此可見，iSolver與Abaqus求解器計算的應力及位移分析結果基本一致，兩者對于最大載荷點、最大位移點位置的計算吻合。
展開 分享 fortran調用ansys做桁架結構優化例子
調用ANSYS做結構分析
result=SYSTEMQQ('C:\Ansys81\v81\ANSYS\bin\intel\ANSYS81 -b -p &
& ane3fl -i E:\ANSYSOBJECT\truss.txt -o E:\ANSYSOBJECT\trussanswer.txt')
fileid=10
open(fileid,file=filename1) !從ansys寫出的文件中讀入數據(應力和求得的重量)
read(fileid,*) sig1,sig2,W
close(fileid)
ww(k)=w
u1(i)=sig1/xu
u2(i)=sig2/xu
if ( u1(i)>=u2(i) ) then !判斷最大應力
umax=u1(i)
else
umax=u2(i)
end if
!射線步
x1(i+1)=umax*x1(i)
x2(i+1)=umax*x2(i)
u1(i+1)=u1(i)/umax !求出新的應力比
u2(i+1)=u2(i)/umax
!調整步
x1(i+2)=u1(i+1)*x1(i+1)
x2(i+2)=u2(i+1)*x2(i+1)
xx1=x1(i+2)/(500.0*1.414)
xx2=x2(i+2)/(500.0*1.414)
fileid=20
open(fileid,file=filename2) !
展開 
144基于matlab的平面桁架結構的總體剛度矩陣計算 ￥15.9
基于matlab的平面桁架結構的總體剛度矩陣計算，最后以圖形形式顯示出桁架結構，程序已調通，可直接運行。
空間大跨桁架結構多尺度節點有限元分析
空間大跨桁架結構多尺度節點有限元分析
基于OptiStruct的拓撲優化技術在大跨度桁架結構中的運用
一、研究背景
桁架結構廣泛運用于大跨度建筑結構中，如體育場、體育館，演藝中心、會議中心、超高層連廊等等。研究桁架的最優受力形態對工程有極大的意義。
二、研究內容
?支座約束形式對桁架拓撲形式的影響
?荷載形式對桁架拓撲形式的影響
?跨高比對桁架拓撲形式形式的影響
三、研究模型
?本桁架跨度30米，桁架跨高比分別為1/5，1/10，1/15；約束條件分別為上部約束，下部約束，上下約束；荷載分別為均布荷載，跨中集中荷載，1/3跨集中荷載。
模型一
模型二
模型三
模型四
模型五等共十八個模型
四、結論
基于以上分析可以得到:
?拓撲優化的形狀較我們平常設計的桁架形式有較大的區別。
?支座形式、荷載形式、跨高比都很大程度影響桁架的最優拓撲形狀，在具體項目實踐中應該根據實際條件分析最優的拓撲形狀。
拓撲優化技術在大跨度桁架結構中的運用.ppt
展開 用戶論文分享 | 空間桁架結構減振設計與試驗驗證
空間桁架結構減振設計與試驗驗證
駱海濤1，富佳1，王鵬2，王巍2，陳寧2
摘要：
空間桁架結構由于管壁剛度大、末端載荷懸臂安裝，傳統直接敷加約束阻尼層的方法，減振效果并不明顯。通過減振優化技術，設計出空間桁架和航天載荷的最優結構。
這是一種打斷長管結構，在打斷后短管上敷加自由阻尼層，通過膠黏劑來進行連接。這種結構與直接在長管上敷加約束阻尼層的結構相比，減振效果更好，質量也更輕。采用B&K測試系統，對原始模型和打斷長管新模型進行了振動試驗過程中的數據采集，得到了空間桁架結構在X、Y、Z 3個方向上載荷測點的加速度響應情況。
試驗結果表明，打斷長管方案結合敷加黏彈性約束阻尼層的方法結構簡單、易于實現，能有效降低桁架末端航天載荷的振動水平，對其他空間結構的減振設計具有重要的借鑒意義。
關鍵詞：振動與波；空間桁架結構；黏彈性約束阻尼層；振動特性；加速度響應；
中圖分類號：TB535+.1；V216.2
文獻標志碼：A
DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1355.2019.01.001
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Brüel & Kj?r 2020年用戶論文征稿進行中，歡迎投稿！
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