ansys梁動力分析的案例
鋼箱梁系桿拱橋靜動力分析
摘要: 以某下承式鋼箱梁系桿拱橋為研究對象,利用有限元軟件MIDAS/Civil建立橋梁仿真模型,對施工和成橋階段的靜力?動力特性進行分析?結(jié)果表明,成橋狀態(tài)下受力和承載能力均滿足規(guī)范要求,極限承載力狀態(tài)下主梁?拱肋及吊桿的動力特性滿足規(guī)范要求?
關(guān)鍵詞: 橋梁;鋼箱梁系桿拱橋;靜力分析;動力分析
系桿拱橋按先梁后拱施工,當(dāng)主梁承受荷載作用時,荷載通過吊桿傳遞給拱肋,使其與主梁共同分擔(dān)荷載,充分體現(xiàn)了梁受彎?拱受壓的受力特點?其獨特性能使其成為土木領(lǐng)域?qū)W者潛精研思的方向,如戴公連等采用有限變形理論,考慮幾何非線性的影響,對連續(xù)鋼管拱系桿拱橋進行了穩(wěn)定性分析;李新平等基于倒拆法和影響矩陣法,利用ANSYS軟件對空間系桿拱橋的吊桿張拉力進行了研究;劉釗基于最小應(yīng)變能原理,對有無約束條件下系桿拱橋的吊桿最優(yōu)內(nèi)力進行了研究;張振偉等對正常使用和承載能力極限狀態(tài)下飛燕式系桿拱橋的靜動力特性進行了分析;黃云等采用基于纖維單元模型的核心砼本構(gòu)關(guān)系,考慮鋼管徑向應(yīng)力梯度影響的套箍效應(yīng),對灌注拱肋弦管砼工況和成橋運營階段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行了分析?該文以某下承式鋼箱梁系桿拱橋為研究對象,分析其在施工和成橋中的靜力及動力性能?
1 工程概況
賞月路橋位于湖南省長沙市賞月路起點附近,上跨龍王港河道,為跨越龍王港連接梅溪湖西延線與梧桐路的橋梁工程?主橋采用鋼箱梁系桿拱橋結(jié)構(gòu),引橋采用簡支現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu),跨徑布置為18m+78m+18m?兩側(cè)懸挑濱河慢行步道,橋面寬度為37.4~46.4m,為雙向六車道?鋼主梁為兩幅,縱向包括3道腹板和1道外封板的扁平箱梁截面,截面尺寸見圖1?
主橋采用跨徑為75m的系桿拱肋,主拱和鋼主梁互相垂直,取二次拋物線為其設(shè)計拱軸線;系桿設(shè)在橋面中央,為鏤空結(jié)構(gòu),以平衡拱腳推力;雙拱放置在橋面中心,采用工字形橫梁連接,間距3m,與吊桿對齊;
展開 基于柔性梁的受電弓/接觸網(wǎng)動力學(xué)分析
弓網(wǎng)動力學(xué)的主要任務(wù)就是抑制弓網(wǎng)間有害振動，確保受電弓的平穩(wěn)受流，為列車告訴運行條件下弓網(wǎng)的結(jié)構(gòu)選型和參數(shù)優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。
當(dāng)前仿真現(xiàn)狀
目前進行弓網(wǎng)動力學(xué)仿真，主要是使用Simpack和有限元軟件剛?cè)狁詈?em>分析方法，例如，馬果壘等工程師借助有限元軟件和Simpack建立弓網(wǎng)剛?cè)狁詈戏抡嫫脚_，對受電弓參數(shù)進行了深入分析；王華偉利用CAD軟件和有限元軟件建立受電弓和接觸網(wǎng)的實體模型，導(dǎo)入到Simpack中，建立受電弓和接觸網(wǎng)的動力學(xué)仿真模型，分析了受電弓的基本動力學(xué)特性。
但是，這種建模仿真存在以下問題：
（1）使用有限元軟件生成柔性體在Simpack軟件中只能考慮其線性模態(tài)性能，無法準確模擬接觸網(wǎng)高壓線的非線性性能；
（2）在多體軟件中，對有限元生成的柔性體進行接觸仿真，仿真速度比較慢；
（3）生成的柔性體無法在Simpack中直接編輯，必須返回到有限元軟件中編輯后并重新生成。
2
使用Simbeam進行弓網(wǎng)分析
仿真動畫演示
先看一下使用Simbeam柔性梁建立弓網(wǎng)模型的仿真動畫。動畫中不斷變化的箭頭表示弓網(wǎng)之間接觸力的大小和方向。
Simbeam介紹
Simpack Simbeam為在Simpack軟件中建立類似于有限元離散梁結(jié)構(gòu)模型的前處理模塊，使用此模塊不需要有限元軟件。
展開 基于ansys的梁單元、實體單元徐變精細化分析（含各參數(shù)解釋） ￥25
徐變應(yīng)變可表達為：
其中， ?(t,τ)為徐變系數(shù)，需通過規(guī)范公式或?qū)嶒灁?shù)據(jù)擬合確定
Ansys程序中內(nèi)置金屬蠕變規(guī)律如下：
命令中詳細解釋了改公式的具體用法，以及參數(shù)意義。
二者除個別參數(shù)外形式具有異曲同工之妙，因此本案例給出用ansys精確分析混凝土徐變的方法，案例背景模擬了一個混凝土PK梁特定工況下的徐變發(fā)生過程。
案例文件中包含：
1. 00-ConcreteCreep-benchmark.mac【徐變標(biāo)定文件，開箱即用，可以用來和手算對比是否正確】
2. 01-ConcreteCreep-solid.mac【分輸入模塊的參數(shù)化徐變計算文件【詳細解釋了各參數(shù)取值】。只需要改文件和計算邊界荷載即可計算實體徐變。】
3. ansa文件，用來生成網(wǎng)格
4. .cdb文件，網(wǎng)格文件
5. excel轉(zhuǎn)apdl命令流文件，用來輸入徐變系數(shù)。
進一步白話闡述一下：
1、什么是徐變？別看公式一大堆，理論一大推，簡單講就是：受力的結(jié)構(gòu)，啥邊界條件、荷載不變的情況下，結(jié)構(gòu)還是慢慢變形了。將這種慢慢變形的變形結(jié)果以及應(yīng)力重分配準確分析出來就是徐變分析。機理一大堆，教科書上都比較詳盡，在此不做贅述，只講應(yīng)用，而且是拿到案例開箱即用。
白話闡述要點：
1、案例是ansys apdl（命令流）分析的，給出了全套參數(shù)化命令流，材料模型定義、材料參數(shù)定義、求解，拿過來可以直接運行。
2、機理是用了ansys中關(guān)于金屬蠕變的材料模型。（細想蠕變和徐變的現(xiàn)象，表征都是一樣的。至于機理，各有各的理論，但不影響材料模型使用。）
具體使用：
1、，先跑一遍，看看到底徐變是怎么個事兒。
展開 基于ANSYS APDL 轉(zhuǎn)子動力學(xué)建模及動力學(xué)分析，包括坎貝爾圖，瞬態(tài)分析等 ￥15
模型
坎貝爾圖
瞬態(tài)分析某點的軌跡圖
附件包括：轉(zhuǎn)子的建模文件zhu1，及轉(zhuǎn)子動力學(xué)模態(tài)、考慮預(yù)應(yīng)力的轉(zhuǎn)子動力及瞬肪分析的命令流doc文件。
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軟件功能特點：
顯隱結(jié)合：LS-DYNA強調(diào)「One Model, One Code, Multi-Result」，只需建立一次有限元模型，即可進行各種不同分析，并可以隨時切換Implicit / Explicit進行求解。
豐富的算法與功能：LS-DYNA提供了ALE、Lagrange、Euler、SPH、DEM、BEM、CPM等豐富的算法；同時還具備ICFD（不可壓縮流分析）、CESE（可壓縮流體分析）、EM（電磁場分析）、頻域分析、聲學(xué)分析、常規(guī)隱式分析等功能。
材料模型：LS-DYNA擁有近300種材料模型，金屬和非金屬材料模型可供選擇。
接觸算法：LS-DYNA程序全自動接觸分析功能，有40多種接觸類型。
狀態(tài)方程：LS-DYNA有14種狀態(tài)方程，可以處理各種復(fù)雜的物理現(xiàn)象和材料特性。
單元庫：LS-DYNA程序現(xiàn)有16種單元類型，有薄殼、厚殼、體、梁單元、ALE、Euler、Lagrange單元、SPH、DEM、CPM等，各類單元又有多種理論算法可供選擇。
高性能并行計算：LS-DYNA的所有版本均為并行版本，有SMP/MPP/HYBRID版本。
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ANSYS AUTODYN是一個顯式有限元分析程序，用來解決固體、流體、氣體及其相互作用的高度非線性動力問題。
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●主要內(nèi)容
裝配體剛體動力學(xué)分析
裝配體剛?cè)狁詈?em>動力學(xué)分析-瞬態(tài)動力學(xué)分析技術(shù)
裝配體剛?cè)狁詈?em>動力學(xué)分析-超單元動力學(xué)分析技術(shù)
裝配體剛?cè)狁詈?em>動力學(xué)分析-靜力學(xué)工況分析技術(shù)
共四節(jié)，平臺將免費更新2節(jié)
●技術(shù)背景
工程中存在大量運動機械；
基于傳統(tǒng)的靜力學(xué)工況計算沒有考慮結(jié)構(gòu)的動態(tài)效應(yīng)，譬如沖擊，將造成較大的計算誤差；
運動機械存在不同的姿態(tài)，計算所有的靜力學(xué)工況是不可能的，也很難確定其最不利工況；
ANSYS提供完整的動力學(xué)求解方案，能夠高效準確的計算運動機械的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。
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技術(shù)專題：ANSYS裝配體剛?cè)狁詈?em>分析技術(shù)
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展開 ANSYS 動力分析 (1) - 動力學(xué)緒論
ANSYS 動力分析 (1) - 動力學(xué)緒論
第一章 動力學(xué)緒論
內(nèi)容：
1. 動力學(xué)分析的定義和目的
2. 動力學(xué)分析的不同類型
3. 基本概念和術(shù)語
4. 動力學(xué)分析的一個實例
第一節(jié) 定義和目的
什么是動力學(xué)分析?? 動力學(xué)分析是用來確定慣性（質(zhì)量效應(yīng)）和阻尼起著重要作用時結(jié)構(gòu)或構(gòu)件動力學(xué)特性的技術(shù)。? “動力學(xué)特性” 可能指的是下面的一種或幾種類型:– 振動特性 - （結(jié)構(gòu)振動方式和振動頻率）– 隨時間變化載荷的效應(yīng)（例如：對結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力的效應(yīng)）– 周期（振動）或隨機載荷的效應(yīng) 靜力分析也許能確保一個結(jié)構(gòu)可以承受穩(wěn)定載荷的條件，但這些還遠遠不夠，尤其在載荷隨時間變化時更是如此。 著名的美國塔科馬海峽吊橋（Galloping Gertie） 在 1940 年 11 月 7 日，也就是在它剛建成 4 個月后，受到風(fēng)速為 42 英里/小時的平穩(wěn)載荷時發(fā)生了倒塌。
? 動力學(xué)分析通常分析下列物理現(xiàn)象:– 振動 - 如由于旋轉(zhuǎn)機械引起的振動– 沖擊 - 如汽車碰撞，錘擊– 交變作用力 - 如各種曲軸以及其它回轉(zhuǎn)機械等– 地震載荷 - 如地震，沖擊波等– 隨機振動 - 如火箭發(fā)射，道路運輸?shù)? 上述每一種情況都由一個特定的動力學(xué)分析類型來處理 第二節(jié) 動力學(xué)分析類型 請看下面的一些例子: – 汽車尾氣排氣管裝配體的固有頻率與發(fā)動機的固有頻率相同時，工作中可能會被震散。怎樣才能避免這種結(jié)果呢?
展開 有限元軟件ANSYS對不同材料的懸臂梁進行模態(tài)分析 ￥19.89
懸臂梁模態(tài)分析：作業(yè)5
1、 問題的提出
建立如圖1所示三維立體模型，并利用有限元軟件ANSYS對不同材料的懸臂梁進行模態(tài)分析。計算要求：底座下表面全約束，計算前五階自振頻率和振動模態(tài)，并且選用三種不同的網(wǎng)格密度，比較對模態(tài)和頻率的影響。
圖1 懸臂梁結(jié)構(gòu)圖
2、 建模和求解
2.1 建模及導(dǎo)入 ANSYS
2.1.1 建模方式
根據(jù)圖1尺寸，在三維建模軟件SolidWorks中建立三維模型，只需拉伸指令即可建立圖2所示模型。為了能夠?qū)?em>ANSYS19.2軟件，將模型另存為格式為.x_t 的文件如圖3所示。
圖2 懸臂梁三維圖
圖3 文件保存格式圖
2.1.2 導(dǎo)入方式
雙擊打開 ANSYS，通過 File → Import → PARA 指令，如圖4所示，選擇之前保存的 liang.x_t 文件，如圖5所示。導(dǎo)入效果如圖6所示為線框顯示，然后通過 PltoCtrls → Style → Solid Model Facets，下拉選擇 Normal Faceting，刷新后顯示為實體，如圖7所示。
圖4導(dǎo)入過程圖
圖5導(dǎo)入過程圖
圖6導(dǎo)入效果圖
圖7導(dǎo)入實體圖
2.2 單元選擇
確定研究對象為實體結(jié)構(gòu)，如圖8所示。此處使用軟件版本為 ANSYS19.2，沒有找到 solid92單元，此處選擇20node186單元進行計算，選擇方式見圖9。
展開 基于ANSYS的懸臂梁模態(tài)分析
基于ANSYS的懸臂梁模態(tài)分析
1、 連續(xù)系統(tǒng)的振動
實際的振動系統(tǒng)都是連續(xù)體，它們具有連續(xù)分布的質(zhì)量與彈性，因而又稱連續(xù)系統(tǒng)或分布參數(shù)系統(tǒng)。由于確定連續(xù)體上無數(shù)質(zhì)點的位置需要無限多個坐標(biāo)，因此連續(xù)體是具有無限多自由度的系統(tǒng)。連續(xù)體的振動要用時間和空間坐標(biāo)的函數(shù)來描述，其運動方程不再像有限多自由度系統(tǒng)那樣是二階常微分方程組，它是偏微分方程。在物理本質(zhì)上，連續(xù)體系統(tǒng)和多自由度系統(tǒng)沒有什么差別，連續(xù)體振動的基本概念與分析方法與有限多自由度系統(tǒng)是完全類似的。
2、 說明
(1) 本章討論的連續(xù)體都假定為線性彈性體，即在彈性范圍內(nèi)服從虎克定律。
(2) 材料均勻連續(xù)；各向同性。
(3) 振動滿足微振動的前提 。
3、 梁的彎曲振動動力學(xué)方程
考慮細長梁的橫向彎曲振動
梁參數(shù)：ρ單位體積梁的質(zhì)量 E彈性模量 I截面對中性軸的慣性距 S 梁橫截面積
外部力：m(x,t): 單位長度梁上分布的外力矩 f(x,t): 單位長度梁上分布的外力
假設(shè)：
(1) 梁各截面的中心慣性軸在同一平面 xoy內(nèi)
(2) 外載荷作用在該平面內(nèi)
(3) 梁在該平面作橫向振動（微振）
(4) 這時梁的主要變形是彎曲變形
(5) 在低頻振動時可以忽略剪切變形以及截面繞中性軸轉(zhuǎn)動慣量的影響
伯努利－歐拉梁（Bernoulli-Euler Beam）
令：y(x,t):距原點x處的截面在t時刻的橫向位移
微段受力分析
力平衡方程 ：
4、 懸臂梁的固有頻率和模態(tài)函數(shù)
5、 兩端固定桿的縱向模態(tài)分析
問題描述：
一懸臂梁截面為矩形，如圖1所示，幾何尺寸及材料特性如下，分析其前三階固有頻率及振型。
展開 ANSYS workbench 工字梁線性屈曲分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)工字梁三維模型的處理
2、學(xué)習(xí)線性屈曲分析步的建立
3、學(xué)習(xí)線性屈曲分析的邊界條件的施加
4、學(xué)習(xí)線性屈曲分析的載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 工字梁線性屈曲分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有的分析文件。
?
ansys仿真分析-梁懸臂施工
接下來是ansys箱梁懸臂施工仿真分析的模型,跨度不大,45+80+45,考慮到三向預(yù)應(yīng)力鋼筋,剛開始用面切割體來做鋼筋,做出來的模型實在是太大,0號塊就有10萬個自由度,做整橋的施工分析就不行了,下面是做的一個簡化的模型,具體如下:
1:用SOLID65來做混凝土,LINK8來模擬三向預(yù)應(yīng)力筋.
2:建立特征截面,把箱梁簡化成幾個參數(shù),通過循環(huán)生成整橋
3:劃分特征截面的單元,控制網(wǎng)格的生成,通過掃掠來橋梁的有限元模型
4:考慮在特征截面上的接點固定鋼筋,循環(huán)生成各施工段的鋼筋.
以下是命令流,請各位老師指教
fini
/clear
/prep7
/title,BRIDGE DAM SIMULATION,DEVELOPED BY YIFEICHONGTIAN
ET,1,SOLID65
ET,2,LINK8
MP,PRXY,1,0.1667
MP,DENS,1,2600
MP,EX,1,3.5E10
MP,EX,2,1.95E11
MP,DENS,2,7800
MP,PRXY,2,0.3
!預(yù)應(yīng)力鋼筋的特性
!縱向鋼筋,直徑15.24mm,標(biāo)準強度1860MPA，單根張拉控制噸位195.5kN
areagjx=1.81e-4 !縱向，橫向單根鋼筋面積
areahgjx=8.038e-4 !
展開 
ANSYS beam梁模態(tài)分析，包括考慮預(yù)應(yīng)力和大變形下的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析 ￥5
考慮不同情況下的模態(tài)分析
以一個簡單的beam梁為例子
1.一邊固定下的模態(tài)分析
前三階模態(tài)
SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
1 6.9815 1 1 1
2 43.627 1 2 2
3 121.59 1 3 3
2.
ansys之——懸臂梁模態(tài)分析
定義第一類單元為平面梁單元BEAM3
ET, 2, MASS21, , ,4 !定義第二類單元為質(zhì)量阻尼單元MASS21
R, 1, 0.003, 6.25e-7, 0.05 !定義單元的第一類實常數(shù):Area,Inertia,Height
R, 2, 0.1 !定義單元的第二類實常數(shù):集中質(zhì)量
MP, EX, 1, 207e9 !定義第一類材料的彈性模量EX
N, 1, 0, 0 !定義各個結(jié)點
N, 2, 0.04, 0
N, 3, 0.08, 0
N, 4, 0.12, 0
TYPE, 1 !使用第一類單元
REAL, 1 !使用第一類實常數(shù)
MAT, 1 !使用第一類材料
E, 1, 2 !按上面設(shè)置定義單元
E, 2, 3
E, 3, 4
TYPE, 2 !使用第二類單元
REAL, 2 !使用第二類實常數(shù)
E, 4 !定義四號單元(集中質(zhì)量)
FINISH !退出后模塊
/SOLU !進入求解模塊SOLUTION
ANTYPE, MODAL !申明求解類型是模態(tài)分析
MODOPT,LANB,5 !使用Block Lanczos方法求解前5階振型和頻率
D, 1, ALL, 0 !固定1號結(jié)點
M, 2, UY, 4, 1 !定義2號到4號結(jié)點的三個結(jié)點的Y方向為主自由度
SOLVE !開始求解
FINISH !退出后模塊
/POST1 !進入后處理模塊POST1
SET, 1, 1 !讀入第一階頻率和振型
PLDISP ! 在圖形窗口顯示結(jié)構(gòu)變形
ANMODE,10,0.05 !用10幀每隔0.05秒鐘的動畫顯示振型
--
展開 基于ansys的梁格法曲線橋梁分析 ￥3
基于ansys的梁格法曲線橋梁分析
一、工程背景
曲線連續(xù)梁橋總體布置及主梁標(biāo)準斷面見下圖，材料采用C50混凝土，彈性模量為Eh=3.45e4MPa，泊松比為μ=0.2。全橋結(jié)構(gòu)在支承處設(shè)置厚度為50cm的橫隔板（不考慮過人洞）。
二、梁格法
三、Ansys計算分析
1、命令流見附件！
2、計算結(jié)果圖
單元圖：
自重載荷作用下的位移云圖：
縱梁：
整體縱梁剪力圖：
整體縱梁扭矩圖：
整體縱梁彎矩圖：
1#縱梁剪力圖：
1#縱梁扭矩圖：
1#縱梁彎矩圖：
2#縱梁剪力圖：
2#縱梁扭矩圖：
2#縱梁彎矩圖：
3#~5#縱梁剪力圖：
3#~5#縱梁扭矩圖：
3#~5#縱梁彎矩圖：
詳細命令流見附件，感興趣的可以查看！
展開 斜拉橋鋼錨梁參數(shù)化分析 ANSYS APDL命令流 ￥168
本代碼提供了斜拉橋鋼錨梁參數(shù)化分析 ANSYS APDL，通過輸入鋼錨梁的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)即可完成建模計算，分析鋼錨梁施工過程一端滑動一端固定、兩端固定、斷索等工況，傻瓜式操作，簡單易上手。同時可以批量提取并輸出關(guān)鍵板件結(jié)果到txt文件。
支持輸入的部分參數(shù)如下：
/prep7
alp1=90-60 !主跨側(cè)縱向角度,與水平面夾角
alp2=90-57 !邊跨側(cè)縱向角度,與水平面夾角
theta1=5 !主跨側(cè)橫向角度
theta2=5 !邊跨側(cè)橫向角度
P1=5000e3 !主跨側(cè)成橋索力
P2=4500e3 !邊跨側(cè)成橋索力
P1m=6300e3 !主跨側(cè)最大索力
P2m=6300e3 !邊跨側(cè)最大索力
D1=0.377 !錨杯內(nèi)徑
D2=0.477 !錨圈外徑
L1=8.5 !鋼錨梁長度
H1=0.85-0.028 !鋼錨梁底板距離錨固點高差
B1=1.05 !鋼錨梁邊、中腹板中心距
L3=L1/2-1.83 !鋼錨梁中間隔板中心距
LN2=0.6 !錨固區(qū)上壓板N2長度，斜板
LN3=0.7 !錨固區(qū)下壓板N3長度，斜板
LN4=0.36 !錨固區(qū)中間加勁肋N4、N5長度
B2=D1+0.06 !N2、N3中心距，
B4=D1+0.06 !N4中心距
!主要板件厚度
*dim,tt,array,15
tt(1)=0.028 !
展開 