桁架結(jié)構(gòu)分析的案例
桁架結(jié)構(gòu)靜力分析
桁架結(jié)構(gòu)靜力分析.docx
MATLAB實(shí)戰(zhàn) | 平面桁架結(jié)構(gòu)受力分析
桁架是工程中常用的一種結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件在同一平面內(nèi)的桁架稱為平面桁架。如圖7-3所示的平面桁架結(jié)構(gòu)由連接于A、B、C、D、E、F、G、H共8個(gè)節(jié)點(diǎn)的13根桿件構(gòu)成。在節(jié)點(diǎn)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(tài)平衡的桁架而言，它的各個(gè)節(jié)點(diǎn)也一定是平衡的，即在任何節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)列出兩個(gè)獨(dú)立的平衡方程，從而可求出桿件的軸力。對于8個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以列出16個(gè)方程，方程數(shù)多于待定的13個(gè)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(jié)點(diǎn)A在水平和垂直方向上剛性固定，而節(jié)點(diǎn)H僅在垂直方向剛性固定。
展開 《基于 ABAQUS 的大跨距桁架不同截面模態(tài)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化》
[ 摘要 ] 針對某企業(yè)多臺聯(lián)動(dòng) CNC 車床大跨距桁架機(jī)械手機(jī)身剛度及整機(jī)穩(wěn)定性問題，基于 ABAQUS 模態(tài) 分析理論，對大跨距桁架機(jī)械手橫梁不同橫截面進(jìn)行分析，比較并判別最優(yōu)橫截面材料力學(xué)性能。通過對 桁架機(jī)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(jù)企業(yè)要求，優(yōu)化橫梁 結(jié)構(gòu)，使其在滿足高精度高剛度的要求下，機(jī)構(gòu)重量減輕，滿足企業(yè)生產(chǎn)需求，提高經(jīng)濟(jì)效益。
[ 關(guān)鍵詞 ] ABAQUS；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；模態(tài)分析；振動(dòng)；桁架機(jī)械手
0 引言
桁架機(jī)械手是一種建立在直角 X，Y，Z 三 坐標(biāo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上 [1]，可以調(diào)整零件位置，或者實(shí) 現(xiàn)零件的軌跡運(yùn)動(dòng)等功能的全自動(dòng)工業(yè)設(shè)備 [2]。大部分桁架機(jī)械手由直線運(yùn)動(dòng)模塊組成 [3-4]。本 文針對江西贛州某自動(dòng)化加工鐘表企業(yè)，實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)抓取加工表殼功能，設(shè)計(jì)出一款適用于多臺 CNC 車床的大跨距桁架機(jī)械手。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)三 臺 CNC 車床并行工作，提高工件加工生產(chǎn)效率， 但由于其桁架機(jī)械手縱梁跨度較大，故需要對其 進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，并需要進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
本文大跨距桁架機(jī)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(yè)要求大跨距橫梁采用矩形橫截面，故對其橫 梁截面進(jìn)行優(yōu)化，使其在滿足高精度高剛度的要 求下，機(jī)構(gòu)重量減輕，滿足企業(yè)生產(chǎn)需求，提高 經(jīng)濟(jì)效益。
裝有機(jī)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(chǎn)生一定載荷，在此載荷下，機(jī)身容易發(fā)生變形，需要對對 X 軸橫梁 進(jìn)行模態(tài)分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，避免發(fā)生共振 [7-8]。
1 桁架機(jī)械手結(jié)構(gòu)
如圖 1 所示，X，Y，Z 三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)組件 為桁架機(jī)械手的核心組件，定義規(guī)則遵循笛卡爾 坐標(biāo)系 [9-10]。
展開 【iSolver案例分享8】三角桁架結(jié)構(gòu)分析
引言：結(jié)構(gòu)靜力分析用于研究靜載荷作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。靜載荷可以是集中力、分布力、力矩、位移、溫度等，結(jié)構(gòu)在邊界條件及載荷作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生位移、應(yīng)力、應(yīng)變等。
靜力分析可以研究結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求，幫助改進(jìn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。靜力分析得到的節(jié)點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)可以用于結(jié)構(gòu)剛度分析，應(yīng)力、應(yīng)變等數(shù)據(jù)可以用于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。靜力分析可以分為線性靜力分析和非線性靜力分析。對于線性材料和線性結(jié)構(gòu)的靜力分析，通常分析結(jié)果與載荷之間是線性關(guān)系，可以通過分析某一載荷狀態(tài)來評估結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。對于非線性結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力等與載荷是非線性關(guān)系，通常要得到載荷增加過程中結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。
在iSolver的靜力分析中，載荷隨時(shí)間增量步變化，但在求解過程中不考慮時(shí)間、慣性等因素，得到結(jié)構(gòu)的位移－時(shí)間、應(yīng)力－時(shí)間等數(shù)據(jù)與物理時(shí)間無關(guān)，而此處的時(shí)間可以認(rèn)為是一個(gè)中間量，通過這個(gè)中間量控制載荷增加，每一個(gè)載荷狀態(tài)都會得到結(jié)構(gòu)相應(yīng)的位移、應(yīng)力等。
靜力學(xué)分析的主要要求如下。
（1）采用線性結(jié)構(gòu)單元。（2）對于網(wǎng)格密度需要注意：應(yīng)力和應(yīng)變急劇變化的局域，通常也是用戶感興趣的區(qū)域，需要有比較密的網(wǎng)格。當(dāng)考慮非線性效應(yīng)的時(shí)候，要用足夠的網(wǎng)格來得到非線性效應(yīng)。在靜力學(xué)分析中，分析步必須為一般靜力學(xué)分析步，即General:Static。（3）材料可以是線性或者非線性的，各向異性或者正交各向同性的，常數(shù)或者跟溫度相關(guān)的。
問題描述：
通過一個(gè)四根桁架結(jié)構(gòu)的求解過程來介紹使用進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析過程，通過分析可以看出iSolver在基本分析過程中的優(yōu)越性。
展開 
基于ANSYS WORKBENCH的桁架結(jié)構(gòu)的分析
有不少朋友經(jīng)常問到在WB中的桁架分析問題。例如下面的桁架，有兩個(gè)端點(diǎn)被固定，而在C處施加一個(gè)向下的集中力，如何計(jì)算該問題？
在ANSYS APDL中，計(jì)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(rèn)的單元類型是BEAM188，如果直接使用默認(rèn)單元會帶來一些出乎意料的結(jié)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(chuàng)建靜力學(xué)結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。
2. 創(chuàng)建幾何模型
（1）創(chuàng)建草圖
（2）根據(jù)草圖生成線體模型
創(chuàng)建圓形截面，其半徑為10mm（該尺寸隨便設(shè)置，后面會被覆蓋）
將截面屬性賦予給線體模型
3. 設(shè)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(shè)置單元類型是LINK180
第2-3行，設(shè)置截面類型是實(shí)心圓，且其橫截面積是10mm2
4. 劃分網(wǎng)格
在MESH下添加一個(gè)單元尺寸控制，設(shè)置給所有邊劃分1等份。
網(wǎng)格劃分結(jié)果如下圖
5. 施加邊界條件
該下面兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)施加固定支撐，給上面點(diǎn)施加數(shù)值向下的力100N,結(jié)果如下圖
6. 求解并進(jìn)行后處理
進(jìn)行求解。
然后進(jìn)行后處理。可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)力，應(yīng)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(shù)據(jù)類型，選擇其中的總位移結(jié)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(jié)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(shè)定單元為桿單元LINK180.
2.
展開 MeshFree桁架梁結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化分析
拓?fù)?em>分析可以大大提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的方案構(gòu)思效率，在很多行業(yè)和領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。
本文利用MeshFree對經(jīng)典桁架梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析，并與行業(yè)內(nèi)著名的optistruct軟件結(jié)果進(jìn)行對比，兩者結(jié)果幾乎相同。
模型分析
桁架設(shè)計(jì)空間及工況加載如下圖所示：
模型材質(zhì)：鋼材，彈性模量=210000，泊松比=0.3，密度=7.8e-9。
邊界條件：左側(cè)半圓區(qū)域約束自由度，右端收到垂向載荷。
設(shè)計(jì)區(qū)域：整個(gè)平板；
約束條件：最少質(zhì)量降低70%；
優(yōu)化目標(biāo)：結(jié)構(gòu)剛度最大。
結(jié)果對比
結(jié)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(yōu)化細(xì)節(jié)設(shè)置及后處理不能完全一致，所以導(dǎo)致細(xì)節(jié)存在差異，但是不影響結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。
3、MeshFree不僅在性能分析方面快速高效，其結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)值得推廣應(yīng)用。
展開 自重下的桁架結(jié)構(gòu)有限元分析
桁架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工程中，車站、港口、工礦等大中型建筑內(nèi)都會見到。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(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)。這里我們設(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。
展開 空間大跨桁架結(jié)構(gòu)多尺度節(jié)點(diǎn)有限元分析
空間大跨桁架結(jié)構(gòu)多尺度節(jié)點(diǎn)有限元分析
四桿桁架結(jié)構(gòu)的有限元
ANSYS Main Menu: Solution ------ Define Loads ------ Apply ------Structural ------ Displacement ------ On Nodes ------用鼠標(biāo)選擇節(jié)點(diǎn) 1------ OK------ALL DOF------OK------用鼠標(biāo)選擇節(jié)點(diǎn) 2------ OK ------UY------OK------用鼠標(biāo)選擇節(jié)點(diǎn) 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(biāo)選擇結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn) 2------ Apply ------FX， VALUE: 20000 ------ Apply------用鼠標(biāo)選擇結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn) 3------ Apply ------FY，VALUE: －25000 ------OK
(9) 分析計(jì)算
ANSYS Main Menu: Solution ------ Solve ------ Current LS ------OK ------ Close (Solution is done!
展開 ANSYS學(xué)習(xí)資料——臺灣成功大學(xué)
Chapter02結(jié)構(gòu)力學(xué)總復(fù)習(xí).doc
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Chapter04ANSYS結(jié)構(gòu)分析的基本觀念.rar
Chapter05ANSYS命令：基礎(chǔ)與觀念.rar
Chapter06ANSYS命令：前處理.rar
Chapter07ANSYS命令：解題與后處理.rar
Chapter08-3D實(shí)體結(jié)構(gòu)分析.rar
Chapter09-2D實(shí)體結(jié)構(gòu)分析.rar
Chapter10板殼結(jié)構(gòu)分析.rar
Chapter11梁與剛架結(jié)構(gòu)分析.rar
Chapter12連桿與桁架結(jié)構(gòu)分析.doc
Chapter13質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析.rar
Chapter14設(shè)計(jì)最佳化.rar
Chapter15結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的參數(shù)設(shè)定.rar
展開 雙扭曲空間鋼管桁架屋面結(jié)構(gòu)工程
滄州體育場主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上四層，屋蓋結(jié)構(gòu)為橢圓形空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)體系。屋蓋的橢圓形結(jié)構(gòu)長軸長271米，短軸長231米。整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)由20組環(huán)形桁架單元體沿橢圓形結(jié)構(gòu)布置而成。每組環(huán)形桁架通過斜撐支撐在看臺E軸的三層結(jié)構(gòu)柱上，底腳支座位于F軸一層結(jié)構(gòu)柱上。每組環(huán)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(diǎn)中心標(biāo)高達(dá)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(zhì)均為Q345B。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)工程
滄州體育場鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成
結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，安裝難度大，需設(shè)置大量臨時(shí)支撐
主、次桁架弧長最長達(dá)65米，投影長度達(dá)48米，桁架頂標(biāo)高最高為42.1米，單榀最重達(dá)50噸，支點(diǎn)分別支撐于一層和三層結(jié)構(gòu)柱上，每榀桁架均為空間三維構(gòu)造，空間定位困難，且桁架吊裝到位后，需設(shè)置可靠的支撐。如何確保吊裝安全可靠且保質(zhì)保量地完成鋼結(jié)構(gòu)安裝是本工程最難、最重要的一點(diǎn)。
解決對策：使用大型的履帶吊車進(jìn)行吊裝，并將桁架進(jìn)行合理的分段，在分段點(diǎn)處設(shè)置支撐。桁架的支撐選用標(biāo)準(zhǔn)長度的Φ609×16圓管，圓管間使用Φ133×12鋼管作為系桿進(jìn)行拉結(jié)。根據(jù)支撐高度的不同，Φ609×16圓管作為主桁架的支撐時(shí)可組拼成兩種形式：一種為門式，設(shè)置在主桁架以及次桁架兩個(gè)分段之間，組成門式框架結(jié)構(gòu)；另一種為三角形，設(shè)置在主桁架與內(nèi)封邊桁架接口位置。由于門式支撐設(shè)置在看臺結(jié)構(gòu)上，為保證結(jié)構(gòu)安全，在門式支撐架下設(shè)置橫向轉(zhuǎn)換梁，并在下部混凝土梁使用碗扣腳手架進(jìn)行加固。
展開 
交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)在公寓樓中的應(yīng)用
車庫上部的住宅樓層采用交錯(cuò)桁架支承預(yù)制板。交錯(cuò)桁架有一處與典型交錯(cuò)桁架不同的地方，適用于地震區(qū)。因此降低了對橫隔板的要求，也給結(jié)構(gòu)提供了冗余度，只是自重和造價(jià)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(shí)候要增設(shè)水平支撐，用于減少安裝時(shí)的臨時(shí)系桿和鋼索的應(yīng)用，可加速施工進(jìn)程。
交錯(cuò)桁架提供的規(guī)則的幾何形狀，減少了結(jié)構(gòu)材料和勞動(dòng)力的用量。因?yàn)?em>桁架是在工廠制作的，現(xiàn)場安裝時(shí)只要把柱的拼接、門窗過梁和其它鋼構(gòu)件安裝到位就行。有趣的是，6層車庫的安裝時(shí)間比上部16層塔樓安裝的用時(shí)還要長。
有效地利用鋼材使得框架結(jié)構(gòu)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(chǔ)的有效利用，與原來的混凝土結(jié)構(gòu)方案相比，有不小的節(jié)約。如果城市的一些部分能實(shí)現(xiàn)這樣的效率和快節(jié)奏的商業(yè)活動(dòng)，無疑是有益的。該建筑是成功利用鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)典范。
來源：鋼結(jié)構(gòu)
展開 分享 fortran調(diào)用ansys做桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化例子
調(diào)用ANSYS做結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)(應(yīng)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(yīng)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(yīng)力比
u2(i+1)=u2(i)/umax
!調(diào)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 基于OptiStruct的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在大跨度桁架結(jié)構(gòu)中的運(yùn)用
一、研究背景
桁架結(jié)構(gòu)廣泛運(yùn)用于大跨度建筑結(jié)構(gòu)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(yōu)受力形態(tài)對工程有極大的意義。
二、研究內(nèi)容
?支座約束形式對桁架拓?fù)湫问降挠绊? ?荷載形式對桁架拓?fù)湫问降挠绊??跨高比對桁架拓?fù)湫问叫问降挠绊?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(gè)模型
四、結(jié)論
基于以上分析可以得到:
?拓?fù)鋬?yōu)化的形狀較我們平常設(shè)計(jì)的桁架形式有較大的區(qū)別。
?支座形式、荷載形式、跨高比都很大程度影響桁架的最優(yōu)拓?fù)湫螤睿诰唧w項(xiàng)目實(shí)踐中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際條件分析最優(yōu)的拓?fù)湫螤睢?拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在大跨度桁架結(jié)構(gòu)中的運(yùn)用.ppt
展開 144基于matlab的平面桁架結(jié)構(gòu)的總體剛度矩陣計(jì)算 ￥15.9
基于matlab的平面桁架結(jié)構(gòu)的總體剛度矩陣計(jì)算，最后以圖形形式顯示出桁架結(jié)構(gòu)，程序已調(diào)通，可直接運(yùn)行。
