[转帖]桥梁计算（常用的计算方法）

TNC · 发表于 2006-3-22 08:49

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在Ansys单元库中，有近200种单元类型，在本章中将讨论一些在桥梁 工程中常用到的单元，包括一些单元的输人参数，如单元名称、节点、自由 度、实常数、材料特性、表面荷载、体荷载、专用特性、关键选项KEYOPl等。 ＊＊＊关于单元选择问题 这是一个大问题，方方面面很多，主要是掌握有限元的理论知识。首先 当然是由问题类型选择不同单元，二维还是三维，梁，板壳，体，细梁，粗梁， 薄壳，厚壳，膜等等，再定义你的材料：各向同性或各向异性，混凝土的各项’ 参数，粘弹性等等。接下来是单元的划分与网格、精度与求解时间的要求等 选择，要对各种单元的专有特性有个大概了解。 使用Ansys，还要了解Ansys的一个特点是笼统与通用，因此很多东西 被掩盖到背后去了。比如单元类型，在Solid里面看到十几种选择，Solid45， Solidl85，Solid95等，看来区别只是节点数目上。但是实际上每种类型里还 有Keyopt分成多种类型，比如最常用的线性单元Solid45，其Keyopt(1)：in● cludeorexclude extradisplacement shapes，就分为非协调元和协调元，Keyopt (2)：fullintegration。rreducedintegration其实又是两种不同的单元，这样不同 组合一下这个Solid45实际上是包含了6种不同单元，各有各的不同特点和 用处。因此使用Ansys要注意各单元的Keyopt选项。不同的选项会产生不 同的结果。 · 举例来说：对线性元例如Solid45，要想把弯曲问题计算得比较精确，必 须要采用非协调模式。采用完全积分会产生剪切锁死，减缩积分又会产生 零能模式(ZEM)，非协调的线性元可以达到很高的精度，并且计算量比高阶 刷、很多，在变形较大时，用Enhanced Strain比非协调位移模式(Enhaced Displacement)更好(Solidl85)。但是这些非协调元都要求网格比较规则才 行，网格不规则的话，精度会大大下降，所以如何划分网格也是一门实践性 很强的学问。 采用高阶单元是提高精度的好办法，拿不定主意时采用高阶元是个比 较保险的选择，但是高阶单元在某些情况下也会出现剪切锁死，并且很难发 现，因此用减缩积分的高阶元通常是最保险的选择，但是在大位移时，网格 扭曲较大，减缩积分就不适用。 不同结构形式的桥梁具有不同的力学行为，必须针对性地创建其模型， ’ 选择维数最低的单元去获得预期的效果(尽量做到能选择点而不选择线，能 选择线而不选择平面，能选择平面而不选择壳，能选择壳而不选择三维实 体)。下面的几节介绍一下桥梁工程计算中经常会用到的单元。 ＊＊＊桥梁仿真单元类型 一、建议选用的单元类型 在桥梁用Ansys建立模型时，可参照以下建议用的单元进行桥梁模型 的建立。 ． 1．梁(配筋)单元：桥墩、箱梁、纵横梁。 2．板壳(配筋)单元：桥面系统。 3．实体(配筋)单元：桥墩系统、基础结构。 4．拉杆单元：拱桥的系杆、吊杆。 5．拉索单元：斜拉桥的索、悬索桥的钢丝绳。 6．预紧单元：索力控制、螺栓铆钉连接。 7．连接单元：支座、地基。 二、常见桥梁连接部位 在桥梁建立模型时要准确模拟边界条件，因此要准确分析连接部位的 固有特性。 (一)常见桥梁连接部位 1．固定支座、铰支、可滑移支座等空间支座系统。 2．带减振和隔振措施的减振支座系统。 3．地基—主体之间桩-基系统。 4．刚构之间的螺栓连接、铆接等。 5．梁管之间的球接和铰接等。 (二)连接部分解决方法 Ansys在解决桥梁不同的连接部位时可选用如下的方法： 1．Combin7、Combin40、Linkll、Contact52、Combine38弹簧(阻尼、间隙 元)：可用来模拟支座、绳索、拉杆等桥梁部件。 2．预紧单元可解决螺栓、铆钉连接的问题。， 3．二力杆拉杆、索可解决拉索问题。 4．耦合与约束方程可解决梁与塔横梁的边界约束关系。 5．接触单元如Contact52可模拟滑动支座、销接等部件的真实情 况。 (三)常见桥梁接触问题 桥梁各个部分之间可能存在如下三种接触方式。 1．滑移连接：点点接触。 2．绑定连接：点面接触。 3．转动连接：面面接触。 用接触单元可模拟如：滑移支座接触、挡块与其他部件的接触、振动时 不同构件的碰撞等问题，这里不再一一赘述。． 三、桥梁基础的处理方式 为了真实的模拟桥梁的实际情况，需要真实模拟桥梁的基础受力、变形 及约束情况，建议建立模型时采用如下方案。 1．基础平台与桩基：用实体模型、预应力配筋。 ’ 2．基础与岩土系统：有限区域实体模型、预应力配筋。 ＊＊＊桥梁常见模型处理 一、桥梁中常用的模型可以用相应的单元 1．刚构桥、拱桥：梁与杆单元组合模型。 2．钢管混凝土：复合截面梁模型。 3．连续梁：梁模型。 4．斜拉桥／悬索桥：梁、板壳、索或杆单元组合模型。 5，立交桥：实体墩、板壳桥面和加强梁混合模型。 6．局部详细计算：实体(考虑配筋)或板模型，以便考虑模型细节特征， 如结构尺寸构造倒角、厚薄或粗细过度、凹凸部分以及配筋等。 二、桥梁建模要综合运用各种合适的单元 对桥梁进行总体分析应该遵循如下原则： 1．支座系统采用弹簧—阻尼系统； · ·2．连接部位采用耦合与约束方程； 3．桥墩系统采用截面梁、配筋梁； 4．桥面系统采用截面梁、配筋梁、板壳、梁板组合。 对桥梁进行局部分析应该遵循如下原则： 1．支座系统采用实体模型：粘弹(粘塑、超弹、塑性)大变形(位移)； 2．连接部位采用接触模型：实体、板壳、梁或组合模型； 3．桥墩系统采用实体模型：配筋与混凝土破坏； 4．桥面系统采用实体或板壳：配筋与混凝土破坏，组合梁之间的耦合 与约束方程。 三、选用合适的分析方法、 在对桥梁进行建模计算时对不同的计算目的要采取不同的计算步骤。 (一)静态计算 1．根据分析类型承载特点建立合理梁、板、实体、拉杆(模拟索)模型； 2．材料与几何非线性效应； 3．连接部位与支座的正确处理。 (二)动力分析 1．尽量采用梁、板壳或二者组合模型； 2．附属结构简化为质点，建立与总体结构耦合关系； 3．连接部位与支座自由度协调合理； 4．应当考虑大变形、初应力以及预张力的动力影响； 5．必须正确考虑阻尼效应； 6．材料与几何非线性效应。

TNC · 发表于 2006-3-22 08:50

施加预应力的方式 一、预应力的模拟方式 Ansys里加预应力有几种方式： 1．直接在单元中加，(Linkl0等单元可以通过Real实常数来加)。 2．用F加力，然后在分析时打开Prestl~ss，加。 3．用温度变化模拟。 在常用的软件系统中，预应力混凝土分析根据作用不妨分为两类：分离 式和整体式。所谓分离式就是将混凝土和力筋的作用分别考虑(脱离体)， 以荷载的形式取代预应力钢筋的作用，典型．的如等效荷载法；而整体式则是 将二者的作用一起考虑，典型的如Ansys中用Link单元模拟力筋的方法。 (一)线性或非线性的考虑 对于预应力混凝土结构，只要是开裂前阶段的应力分析，完全可以将混 凝土视为弹性材料，当然钢筋也是弹性材料，这主要在使用荷载阶段的应力 分析。假如要进行开裂和极限分析，则必须考虑二者的非线性特性。 (二)分离式方法(等效荷载法)的特点 主要优点是建模简单，不必考虑力筋的位置而可直接建模，当然网格划 分也简单，对结构在预应力作用下的整体效应可比较快捷地掌握。 其缺点是比较明显的： ①不便模拟细部，例如力筋所在位置对结构的影响显然是不同的，假如 一定要模拟，则荷载必须施加在力筋的位置上，故其建模的方便性就消失 了； ‘ ②等效荷载法没有考虑力筋对混凝土的作用分布和方向，力筋对混凝 土作用显然在各处是不同的，而等效荷载法则没有计及此点； ③对张拉过程无法模拟；， ④在其他外荷载作用下的共同作用不便考虑，否则要加入力筋(其建模 则同整体式)，不能确定力筋在外荷载作用下的应力增量； ⑤可以模拟应力损失的影响。 但是对于只关注预应力混凝土结构的基本性能时，可以考虑采用等效 荷载法。 ’ (三)整体式方法的特点 将混凝土和力筋划分为不同的单元‘逛考虑，而模拟预应力可以采用 降温方法和初应变方法。降温方法比较简单，同时可以模拟力筋的损失，单 元和实常数几种即可；而采用初应变又要模拟力筋各处不同的应力时，每个 单元的实常数各不相等，工作量较大。所以比较而言，采用整体式时考虑降 温方法为宜。 主要缺点是建模不便，尤其是当力筋较多且曲线布筋时(可以采用 APDL解决)；其优点也比较明显： ①力筋的具体位置一定，对结构的影响可全面的考虑； ②力筋对混凝土的作用近似的得到考虑(在结点处)； ③可以模拟张拉不同的力筋，以优化张拉顺序； ④不管何种荷载，都是力筋和混凝土共同承担的，可以得到力筋在任何 荷载下的应力； ⑤可以模拟应力损失的影响。 但在后张法中有几个问题是应该考虑的(当然可以不予理睬)： ①力筋的滑动问题。在张拉过程中，力筋与混凝土之间没有粘结，存 在接触和滑动，而张拉完毕后，一般又都建立了粘结。这个问题可以这样 考虑，因为分析总是张拉完毕(哪怕是某一束)，这时显然没有滑动问题 了，即可以按有粘结处理；而在荷载作用下有了粘结，自然可以按有粘结 处理。 ②在张拉完毕后力筋的应力是已知的，在分析时输入降温也是按张拉 应力反算的，计算后力筋的应力显然不等于张拉应力。这里有弹性压缩的 问题，即降温应该计人混凝土弹性压缩损失，你可以考虑增大一定的比例， 然后降温计算，二者相符或差别合适时认可。综上，类似计算分析，建议采 用整体式之降温模拟方法。 二、建立预应力的模型 在模拟预应力钢筋时，传统的方式是把预应力钢筋作为体积的边界，把 混凝土体积分割开来，Glue后划分混凝土单元，边界就作为Link或Beam单 元了。普通钢筋可以用Solid65的分布钢筋模拟，其实常数数据很简单。 Solid65单元模拟精度很高，只要各材料参数取的正确就可以十分好地 模拟混凝土构件加载到变形开裂破坏的全过程，与实验数据十分接近。但 　是要注意混凝土的取值，弹性模量抗压强度不能取规范 　值，要用实验公式。 在模拟钢筋混凝土的时候，一般的建模做法是：先建立体，然后使用面 去切割体，把体切割成几个部分，在各个部分之间有共用的边界线，把这些 边界线定义成Link单元，这样就在体单元内建立于Link单元。因为Link单 元就在Solid体单元的边界线上，这样在网格划分的时候两种单元会产生共 同的节点，也就可以共同工作了。

TNC · 发表于 2006-3-22 08:50

土和砼的模拟 ＊＊＊土弹簧的模拟 Linkl0相当于用杆件提供约束，只不过此类单元可以设为只能受拉或只 能受压。如果混凝土与节点底板分离，单元将不起作用，否则Hnkl0单元要 承受拉力。如果用Linkl0的话，你可以把不与结构相联接的一端所有自由度 都约束，与结构连接二端是否约束则看结构的具体情况，与Linkl0无关。 Linkl0单元只能提供轴向位移的约束，不可抗剪。刚度可以这样算，KxA／L， 不与结构连接的节点可取沿约束方向上的任意位置。两节点确定后，A 是定的。你只要保证K的值没错，愿意怎样组合都行。 至于特定问题，可以定义两种Linkl0单元，第一种只能受拉，第二种只 能受压。当然ElementTypeNumber(单元类型指代号码)是不同的。如果你 担心自己两种容易搞错，可以只定义一种Linkl0单元，把第二种的节点取 约束的反方向即可。。 ＊＊＊混凝土的模拟 Ansys的Soiid65单元是专为混凝土、岩石等抗压能力远大于抗拉能力 的非均匀材料开发的单元。它可以模拟混凝土中的加强钢筋，以及材料的 拉裂和压溃现象。 钢筋混凝土有限元有三种基本模型：分离式、组合式和整体式。Solid65 单元采用Q6是整体式有限元模型，即将钢筋弥散于整个单元中，将加筋混凝 土视为连续均匀材料，求出的是一个统一的刚度矩阵。 Solid65单元中的钢筋采用实常数的方法进行添加，钢筋的尺寸由混凝 土的体积比确定。可以得到三种钢筋，这三种钢筋可以具有不同的材料，不 同的方向。． 从抗剪的角度出发，箍筋在截面的位置可以是任意的，因此这种方法对 于钢筋混凝土中均匀分布的箍筋的设置比较适合。但与纵筋的实际情况却 有一定的距离，下面这两种方法可以更好地模拟纵筋的受力情况： (1)将纵筋密集的区域设置为不同的体，使用带筋的Solid65单元，而无 纵筋区则设置为无筋65单元，这样就可以将钢筋区域缩小，接近真实的工 程情况。 (2)采用杆单元来模拟纵筋，即采用分离式的有限元模型。为了建模方 便，可将实体分为几个部分，使其交线为纵筋位置，这样就可以对交线划分 籽单元。此时，还可以对杆施加预应力来模拟预应力混凝土。

TNC · 发表于 2006-3-22 08:50

工况组合 荷载工况组合是荷载工况之间的运算，典型情况为当前在数据库中的 荷载工况和在另外一结果文件中的荷载工况间的运算，运算结果将改写数 据库中的结果数据部分，可以显示及列出荷载工况组合。 一、典型的荷载工况步骤 组合包括以下几步： 1．用kcdef命令定义荷载工况，kcdef，Lcno，Lstep，Sbstep，Kimg 2．用I_case命令将荷载工况一读人数据库Lease，Lcno 3．用Lcoper命令执行所需的运算Looper，Oper，Lcasel，Oper2，Lcase2 下面举例说明一下工况的具体应用。 假设结果文件包括针对几个荷载步的结果，若想比较荷载步5和荷载 步7，并将最大值存人内存，做法如下： l_cdef，1，5将荷载工况1指向荷载步5 kcdef,2，7将荷载工况2指向荷载步7 Lease，1将荷载工况1读人内存 I_cover，Max，2与荷载工况2比较数据库并将最大值存人内存。 Lcwrite，12写当前荷载工况到文件Jobname．L12 Lcae，3将荷载工况3读人内存 I_coper,Add，12在Jobname．L12文件中将数据库追加到荷载工况中 二、存储组合后的荷载工况 缺省情况下，荷载工况组合的结果存在内存中，并覆盖数据库中的结果 部分。要保存这些结果，作为以后浏览或以后的荷载工况组合，用下列方法 之一： 1．将数据写到荷载工况文件中。 2．将数据追加到结果文件中用kcwrite，Lcno，Fname，Ext，Dir命令把当 前内存中的荷载工况写到荷载工况文件中。 用kcwrite命令把当前内存中的荷载工况写到荷载工况文件中。文件 名为Jobname．Lnn。这里皿为分配的荷载工况号。在后续的荷载工况组合 中皿指的是存人荷载工况文件的荷载工况。例如有这样的问题：工况1是 自重，工况2是集中荷载F，工况3二1．5倍的工况1+1．1倍的工况2，这个 工况3如何定义? 可通过荷载步定义。在NO．3STEP定义1．5倍的工况1；NO．4STEP定 义1．1倍的工况2；NO．5SETP定义NO．3+NO．4+…，其中1．1和1．5的系 数可在荷载步中的选项中定义。也可对每种荷载分别定义为一种loadcase， 然后在通用后处理器／postl中进行组合。

TNC · 发表于 2006-3-22 08:51

风荷载的确定 首先要确定场地的风特性、平均风速、谱特性等，将紊流风速分解为定 常平均风分量和相应的紊动分量U+u(‘)。 平均风速可由地表条件根据对数律得出。“(c)就是要模拟的紊流风 速序列。有了其谱特性，可以生成大气边界层紊流的人工风速序列，这是做 结构风振计算的重要步骤。目前的随机序列拟合法有基于FOURIER分析 的波叠加法和时间序列理论的ARMA模型法，都是生成具有目标风速谱的 高斯平稳序列。有实测得来的风速序列最好，但通常是用模拟的风速序列 作为输入。模拟出的人工紊流序列要尽可能地符合实际大气边界层紊流特 性，才能保证计算结果的合理性。目前为止都是以紊流目标谱或相关作为 拟合目标，对多点则是相关矩阵或互谱矩阵。作随机响应分析PSD是很好 的办法，基于大量实测资料而统计出的谱本身就是作随机响应分析的很好 输入，比单纯的一条序列更有代表性。但由于随机计算难以考虑非线性，故 生成具体的随机序列作为输入，用有限元法计算动力响应是更普遍的方法。 常用于结构设计的谱公式有：Davenport谱，Kaimal谱，Karman谱等。谱拟合 ：不仅在风工程中有应用，在人工地震波和人工海浪波生成中也有应用。相 应方法与风序列的生成大同小异。

TNC · 发表于 2006-3-22 08:51

地震波的输入 对于地震波的输入，可以把荷载记录做成文件，利用Apdl的读取功能读 人数据库中。下面的例子是自己编的一个小文件，修改一下可以更简洁。 ’ 地震波时程记录分成了3个文件，每个文件是一列，分别记录z、y、z ·方向的加速度。这样就可以把加速度记录读取到Ansys数据库中作为数 组。也可以把加速度记录做成一个文件，这样程序就简单多了。下面是计 算部分语句： ／Solu !进入求解模块 Antype，Trans !求解类型为瞬态 Tm—Start=0．01 1开始时间 Tm—End=15．001 1结束时间 Tm—Incr=0．01 1时间步长 Do，TM，TM Start，TM End，TM lncr !循环 Time，0.05 !指定时间 alpha， !指定质量矩际系数 iBetad， !指定刚度矩际系数 Aeel，Acex()，Acey()，Acez() !指定力p速度大小 Solve !求解 Enddo !结束循环 exit !退出求解模块

TNC · 发表于 2006-3-22 08:51

初应力荷载 在作桥梁设计时，为了验证结构的可靠度，往往需要对结构施加初应力 荷载。在进行结构分析时，Ansys中可以使用输入文件来把初应力指定为一 种荷载。初应力荷载只许用于静态和完全瞬态分析中(分析可以是线性或非线性的)。初应力只能在分析的第一个荷载步中施加，用[stile命令来指 定、列表和删除初应力。该命令只能用于／Solution处理器中。 Isfile命令的loc变元用于指定这些初应力的位置。初应力可指定在单 元的中心或单元积分点处，koc的缺省值0对应于单元中心，koc：1对应于 单元积分点。对于网格中的每个个别单元，也可以通过Loc=2来指定不同 的初应力位置。在这种情况下，每个单元的初应力位置将用个别单元的局 部位置标志记录在初应力文件中。如二3指定网格中的每一个单兀的初 应力状态都是相同的。对于这种情况，对所有单元只需指定一个应力张量。 只有单元类型Plane2、Plane42、Solid45、Plane82、Solid92、Solid95、SheHl81、 Planel82、Planel83、Solidl85、Solidl86、Solidl87，Beaml88和Beaml89支持初应 力输入功能。Beam单元和Shdl单元的初应力必须在所有域段的积分点处 指定。 要使用[stile命令，初应力必须列在一个外部ASCII文件中，初应力文 件中的注释用“!”标记在注释行的第一个字符处指定。每个单元记录的第 一行应该由字符串"ELS"开头，后面跟单元号和任意的局部位置标志，这些 项必须用逗号隔开。如果[stile命令的变元koc的值为0、1或3，则局部位 置标志将被忽略。如果koc二2，则必须对每一个单元指定局部位置标志。 局部位置标志必须是下面的一个值：对于单元中心(缺省)为0，对于积分点 为1。任何的其他值都会产生错误并使得Isfile命令被忽略。 每个单元记录的第一行后面紧跟的一行指定单元的每一个应力点的单 元应力记录。当Loc：0时，只需指定每个单元中心处的一个应力记录，当 如=1时，每个单元的应力记录的数目等于单元积分点的数目。Ansys要求 每个应力记录中有6个应力张量分量，当Loc：3时，初应力文件中的第一 个单元的应力记录将被用于指定所有单元的相同的初应力。如果对一个单 元定义了单元坐标系(Esys)，则初应力必须在这个坐标系中指定。

TNC · 发表于 2006-3-22 08:52

如何实现铰接 Ansys可采用两种方法来实现铰接： 1．在同一位置用2个Node，然后CP。 2．只用一个Node，然后根据需要用一些可以释放某些自由度的单元， 如Beam44(Beanl44可以定义成PIN-PIN，PIN-FIX．．．．．) 　 et，22，beam44，，，，，，1 keyopt，X，7，11 　！ beamelementpin-fix(1端铰结J端固结) et，23，beam44，，，，，，1 keyopt，23，8，11 ！ beamelementfix-pin(J端铰结，I端固结) keyopt，24，7，11 ！ beamelementpin-pin(1端铰结，J端固结) 下面举例说明铰接的应用。如上图所示为一中间铰接的结构，两端固结，均布荷载，作出弯矩图。命令流如下： ／prep7 !进入前处理 et，1，beam44 　　　！定义混凝土单元类型 et，2，beam44 　　　！定义钢筋单元类型 et，3，beam44 　　　！定义混凝土弹性模量 keyopt，1，8，11 　　！第一种单元的J节点X、Y方向转动放松 keyopt，2，7，11 　　！第一种单元的I节点X、Y方向转动放松 mp，dens，1，2600 　！单元一的质量密度 mp，ex，1，3e7 　　　！单元一的弹性模量 r，1，3，4，5，1，1，0 ！单元一的实常数 k，1，　　　　　　　　！定义关键点 k，2，10 k，3，10，8 k，4，5，5 1，1，2 　　　　　　　！通过关键点连接成直线 1，2，3 ， ldiv，1，，，10，　　　！将直线1等分为10份 ldiv，2，，，8，　　　　！将直线2等分为10份 lsel，s，，，11 　　　　！选择直线11 LATF，1，1，1，，4 　　！赋予直线相关的特性 lsel，s，，，2 　　　　　！选择直线2 LATF，1，1，2，，4 　　！赋予直线相关的特性 lsel，s，，，3，10，1 　　！选择直线3到10 lsel，a，，，1 　　　　　！添加直线1 lsd，a，，，12，18，1 　　！添加直线12到18 LATY，1，1，3，，4 　　！赋予直线相关的特性 allsel 　　　　　　　　　　！全选 lmesh，dl 　　　　　　　　！划分所有直线 d，1，dl 　　　　　　　　！约束节点 d，104，dl esel，s，，，10，30，1 　　！选择单元10到30 sfbeam，all，1，pres，le2 　！施加均布荷载 allsel esel，s，，，35，50，1 　　　！选择单元35到50 sfbeam，all，1，pres，2e2 　！施加均布荷载 allsel ／solu 　　　　　　　　　　　　！进入求解模块 solve 　　　　　　　　　　　　！求解 ／POSTl 　　　　　　　　　　！进入后处理 etable，m，smisc，5 　　　　！建立弯矩单元表 plls，m，m 　　　　　　　　！绘制弯矩图，如下图4所示

TNC · 发表于 2006-3-22 08:52

AUTOCAD模型输入 可以充分利用AutoCAD强大的绘图功能，在AutoCAD中建立模型后，再输 入Ansys中进行计算。AutoCAD建立的模型可以通过以下两种方法传人Ansys。 1．对于三维实体(3d object) AutoCAD：File->Export．．．—>保存类型选ACIS(x．sat)->输入文 件名-·选实体(选3d object) Ansys：File—>Import->Sat．．．输入即可 优点：用Sat文件转换方便，而且一般不会有转换问题． 缺点：只能转换三维实体或面域 2．用Iges格式文件交换 AutoCADl2自带输出Iges格式文件工具，其他可通过Algor软件将Dxf 格式的模型转换为Iges的格式文件然后再转入Ansys：File—>Import--> iges…输入即可 优点：各种实体类型都能转换

TNC · 发表于 2006-3-22 08:52

查询函数的使用 在Ansys操作过程或条件语句中，常常需要知道有关模型的许多参数 值，如选择集中的单元数、节点数、最大节点号等。此时，一般可通过‘Get 命令来获得这些参数。现在，对于此类问题，我们有了一个更为方便的选 择，那就是查询函数一Inquiry Function。 Inquiry Function类似于Ansys的*Get命令，它访问Ansys数据库并返 回要查询的数值，方便后续使用。Ansys每执行一次查询函数，便查询一次 数据库，并用查询值替代该查询函数。 假如你想获得当前所选择的单元数，并把它作为*Do循环的上界。传 统的方法是使用并Get命令来获得所选择的单元数并把它赋给一个变量， 则此变量可以作为*Do循环的上界来确定循环的次数。 *Get，Elmax，elem，，count *DO，I，1，Elmax *Enddo 现在可以使用查询函数来完成这件事，把查询函数直接放在xDO循环 内，它就可以提供所选择的单元数。 *Do，I，Elmior(0，13) *Enddo 这里的Elmiqr并不是一个数组，而是一个查询函数，它返回的是现在所 选择的单元数。括弧内的数是用来确定查询函数的返回值。第一个数是用 来标识你所想查询的特定实体(如单元、节点、线、面号等)，括弧内的第二个 数是用来确定查询函数返回值的类型(如选择状态、实体数量等)。 同本例一样，通常查询函数有两个变量，但也有一些查询函数只有一个 变量，而有的却有三个变量。 查询函数的种类和数量很多，下面是一些常用、方便而快速快捷的查询 函数。

TNC · 发表于 2006-3-22 08:53

1．Area--Arinqr(Areaid，key) Areaid--查询的面，对于Key：12，13，14可取为0； Key，标识关于Areaidr的返回信息 =1，选择状态 · =12，定义的数目 =13，选择的数目 =14，定义的最大数 ’ =—1，材料号 =—2，单元类型 =—3，实常数 =—4，节点数 =—6，单元数 Arinqr(Areaid，Key)的返回值 对于Key：1 =0，Areaid未定义 =—1，Areaid未被选择 =1，Areaid被选择 2．Keypoints--Kpinqr(Kpid，Key) Kpid--查询的关键点，对于Key：12，13，14为0 Key—标识关于Kpid的返回信息 =1，选择状态 =12，定义的数目 =13，选择的数目 =14，定义的最大数目 =—1，数料号 =—2，单元类型 =—3，实常数 =—4，节点数，如果已分网 =—7，单元数，如果已分网 Kpinqr(kpid，Key)的返回值 对于Key=1 =—1，未选择 =0，未定义 =1，选择 3．Line--Lsinqr(Lsid，Key) Lsid--查询的线段，对于Key=12，13，14为0 Key,标识关于Lsid的返回信息 =1，选择状态 =2，长度 =12，定义的数目 =13，选择的数目 =14，定义的最大数 =—1，材料号 =—2，单元类型 =—3，实常数 =—4，节点数 =—6，单元数 4．Node--Ndinqr(Node，Key) Node--节点号，对于Key：12，13，14为0 Key—标识关于Node的返回信息 =1，选择状态 =12，定义的数目 =13，选择的数目 =14，定义的最大数 =—2，超单元标记 =—3，主自由度 =—4，激活的自由度 =—5，附着的实体模型 Ndinqr(Node，Key)的返回值 对于yey：1 =—1，未选择 =0，未定义 =1，选择 5。Volumes--Vlinqr(Vnmi，Key) Vnmi一查询的体，对于Key=12，13，14为0 Key—标识关于Vnmi的返回信息 =1，选择状态 =12，定义的数目 =13，选择的数目 · =14，定义的最大数目 =—1，数料号 =—2，单元类型 =—3，实常数 =—4，节点数 =—6，单元数 =—8，单元形状 =—9，中节点单元 =—10，单元坐标系 Vlinqr(Vnmi，Key)的返回值． 对于Key：1 =—1，未选择 =0，未定义 =1，选择 用ANSYS作桥梁计算十三（其他文件网格划分）[原创] 导人的图形联系在一起，但是没有粘合在一起，如果这样进行网格划 分，各个图形就不会通过单元节点联系在一起，因此载荷也没有办法进行传 递，必须运用布尔操作进行处理，其处理方法有以下几种。 1．直接进行Glue布尔操作，如果图形形状简单，布尔操作就可能成功， 这样可以直接进行下一步的处理。 2．如果进行布尔操作失败，可根据提示进行修正。有两种提示错误： 一是说这种情况不适合用Glue操作，建议用Overlap命令，那就用Over— lap命令进行处理，Overlap完成后，再进行Glue处理。如果提示拓扑退化， 参见二说明。 二是说拓扑退化，建议放宽布尔操作的精度，这时应该放宽精度，放宽 精度的时候应注意，放宽的精度要至少比图形中的最小尺寸精度小一个数 量级，否则可能导致图形划分出现大的误差，甚至导致错误。放宽精度后， 进行Glue操作，一般都会成功(注意放宽精度进行布尔操作完成后，必须把 精度调回来)。 3．如果仍然不成功，可以采取Add操作，但是不能把所有的图形都进 行Add操作，如果模型的材料不同，将来就无法给各个模型分配不同的材 料属性。这时要采取的步骤是把材料相同的有连接面或线的模型也就是体 积Add在一起，使他们成为一个独立的实体，把所有的模型都进行了各自 相关的Add操作后，对新生成的几个体积进行Glue操作，按照1、2的提示 进行，就会成功。 4．一种比较没有依据的方法，就是把体积分开，一个一个的进行布尔 操作，不行的话，记着换一换顺序，有时就可以顺利的通过了。

TNC · 发表于 2006-3-22 08:53

载荷步选项 载荷步选项是各选项的总称，这些选项包括控制载荷如何在求解过程 中使用的选项以及其他诸如输出控制、阻尼特性设置和响应频谱数据等选 项。载荷步选项随载荷步的不同而不同，有以下几种类型的载荷步选项： 　 1．通用选项 　　2．动力学选项 　 3．输出控制． 4．Biot-Savart选项 5．谱选项 其中，通用选项包括：瞬态或静态分析中载荷步结束的时间，子步数或 时间步大小，载荷阶跃或递增，以及热应变计算的参考温度。以下是对每个 选项的简要说明。 (一)时间选项 Time命令用于指定在瞬态或静态分析中载荷步结束的时间。在瞬态 或其他与速率相关的分析中，Time命令指定实际的、按先后顺序的时间，且 要求指定一时间值。在与速率无关的分析中，时间作为一跟踪参数。时间 不能设置为0，如果瞬态分析中，可指定一个非常小的值，如Time，le-6 (二)子步数和时间步大小 对于非线性或瞬态分析，要指定一个载荷步中需要的子步数。指定子 步数的方法如下： Dehim，Dtime，Dtmin，Dtmax，Carry和Nsubst，Nsbstp，Nsbmx，Nsbmn， CarryNsubst命令指定子步数，Dehim命令指定时间步的大小。在缺省情况 下，Ansys程序在每个载荷步中使用一个子步。 (三)自动时间步长 Autots，Key命令激活时间步自动阶跃，在时间步自动阶跃时，根据结构 或组件对施加的载荷的响应，程序计算每个子步结束时最优的时间步。 (四)阶跃或递增载荷 Kbc，Key在一个载荷步中指定多个子步时，需要指明载荷是逐渐递增 还是阶跃形式。Kbc命令用于此目的：Kbc，0指明载荷是逐渐递增；Kbc，1 指明载荷是阶跃载荷。 关于阶跃载荷和逐渐递增载荷的说明： 1．如果指定阶跃载荷，程序按相同的方式处理所有载荷(约束、集中载 荷、表面载荷、体载荷和惯性载荷)。根据情况，可分步施加、分步改变或分 步移去这些载荷。 2．如果指定递增载荷，那么在第一个载荷步施加的所有载荷，除了薄 膜系数外都是从0开始逐渐变化的。在随后的载荷步中，所有载荷的变化 都是从先前的值开始逐渐变化，但要注意在完全谐(Antype，Harm With Hropt，Full)分析中，表面载荷和体载荷的逐渐变化与在第一个载荷步中的 变化相同，且不是从先前的值开始逐渐变化。 3．对于表格式边界条件，载荷不会逐渐变化，而是在当前时间点计算。 如果载荷是在一个载荷步内用表格格式给定的而在下一个载荷步内变为非 表格格式，则该载荷被作为新引入的载荷从0开始渐变。 4．在随后的载荷步中被删除的所有载荷，除了体载荷和惯性载荷外， 都是分步移去的。 5．在相同的载荷步中，不应删除或重新指定载荷，在这种情况下，逐渐 变化不会按用户期望的方式进行。 用ANSYS作桥梁计算十五（动力学分析选项）[原创] 一、用于动态和瞬态分析的命令 以下命令主要是用于动态和其他瞬态分析的选项，包括： 1．Timint，Key，Lab激活或撤消时间积分效应 2．Harfrq，Freqb，Fpeqe在谐波响应分析中指定载荷的频率范围 3．Alphad，Value指定考虑阻尼时的质量矩阵系数 4．Betad，Value指定考虑阻尼时的刚度矩阵系数 5．Dmprat，Rat／o指定结构动态分析的阻尼系数 二、非线性选项 指定每个子步最大平衡叠代的次数(缺省二25)Neqit，Number 指定收敛公差Cnvtol，Lab，Value，Toler，Norm，MOnref 为终止分析提供选项Ncnv，Kstop，Dlim，Itlim，Etlim，CFlim 三、输出控制 输出控制用于控制分析输出的数量和特性，有两个基本输出控制： ．Ooutres，Item，Freq，Cname 控制Ansys写人数据库和结果文件的内容以及写入的频率。 Outpr，Item，Freq，Cname 控制打印的内容以及写入的频率。 · 下例说明Outres和Outpr命令的使用： Outres，All，5 　　 !写入所有数据，每到第5子步写人数据 Outpr，Nsol，Last !仅打印最后子步的节点解

TNC · 发表于 2006-3-22 08:53

求解多载荷步 定义和求解多载荷步有三种方法： 1．多步求解法 2．载荷步文件法 3．矩阵参数法 所有载荷和载荷步选项一起构成一个载荷步，程序可用其进行计算求 解，如果有多个载荷步，可将每个载荷步存人一个文件，调用该载荷步文件， 并在后面的求解中读人。Lswrite命令写载荷步文件(每个载荷步一个文件， 以Jobname．s01，Jobname．s02，Jobname．s03等标识)，使用Lswrite，／anum命令 将荷载步数据存人文件。所有载荷步文件写入后，可以使用命令在文件中 顺序读取数据，并求得每个载荷步的解。 下列所示的命令组定义多个载荷步： ／Solu !载荷步1 D， F， Nsubst，·．． Kbc， Outres， Outpr， Lswrite !写载荷步文件：Jobname．s01 !载荷步2 D， F， Nsubst，·．． Kbc， Outres， Outpr， kswrite !写载荷步文件：Jobname．s02 载荷步数据用Ansys命令写入文件，ite命令不捕捉实常数或材料 特性的变化。Lswrite命令自动地将实体模型载荷转换到有限元模型，因此 所有载荷按有限元载荷命令的形式被写入文件，特别地，表面载荷总是按 Sfe或Sfbeam命令的形式被写入文件，而不论载荷是如何施加的。要修改 载荷步文件序号为n的数据，执行命令，Lsread，Lsnum在文件中读取数据， 作所需的修改，然后执行Lswrite，n命令Imdele命令允许你从Ansys程序中 删除载荷步文件。 使用多步求解法是最直接的，它包括在每个载荷步定义好后执行Solve 命令。主要缺点是，在交互使用时必须等到每一步求解结束后才能定义下 一载荷步，比较费时。 典型的多步求解法命令流如下所示： ／Solu !载荷步1 D，·．． SF，·．． Solve !求解载荷步1 1载荷步2 D,,,, SF,,,, Solve !求解载荷步2 tm_end=50 tm_incr=1 *DO，tm，tm_start，tm_end，tm_incr Time，tm f，100，fy，force(tm) !在第100号节点上加载随时间变化的力 Solve *Enddo

TNC · 发表于 2006-3-22 08:54

重新启动一个分析 有时在初始运算完成后也许要重新启动分析过程，例如想将更多的载 荷步加入到分析中，也许在线性分析中要加入别的载荷条件，或在瞬态分 析中加入另外的时间历程加载曲线，或者在非线性分析收敛失败时需要 恢复。 一、重启动条件 要重启动一个分析，模型必须满足下列条件： 1．分析类型必须是静态(稳态)，谐波或瞬态(只是full方法)分析，其他 分析不能重启动。 2．在初始运算中，必须已完成至少一次叠代。 3．初始运算应该不是由于"KiHed"作业、系统中断或崩溃而停止的。 一般重启动要求作业初始运算产生的某些文件存在，并且要求在Solve 命令之前对输入做一些修改，初始运算产生的下列文件必须可用：Jobname． 曲，Jobname．emat单元矩阵文件(如果已经建立)，Jobname．esav或Jobname． osav保存的单元数据(．esav)或保存的旧的单元数据(．osav)，只有当Job- name．esav文件丢失、不完整或者由于求解发散、位移超限或主元为负引起 Jobname．esav文件的其他方面的破坏时，才需要Jobname．osav文件。如果先 前的运算附带产生了．rdb，·ldhi，·man文件，必须在进行一般启动之前删除 它们。 常用操作分析见表4-1。 二、一般重启动的步骤 一般重启动的步骤如下： 1．进入Ansys程序，用／Filename命令给定与第一次运行时相同的文件 名。 2．用／Solu命令进人求解处理器，用／Resume命令恢复数据库文件。 3．执行Antype，Rest命令指出这是一个重启动分析。 4．按需要规定修正的载荷或增加的载荷。调整先前坡道载荷的起始 点值，新加的坡道载荷从零开始变化，新施加的体载荷从初始值开始。重严 加的和删掉的载荷可视为新施加的，而没有修改。待删除的表面载荷和体载 荷，必须减小到零或初始值，以保持Jobname．esav文件和Jobname．osav文 件的数据库一致。 5．指定是否要重新使用三角化矩阵(Jobname·td)，可使用命令Kuse，通 过执行Kuse命令可以使程序重新形成单元矩阵，这样对调试分析和处理错 误情况是有利的。 6．发出Solve命令初始化重启动步骤。 7．对增加的载荷步(如果有的话)重复步骤4～6，或使用载荷步文件法 产生和求解多载荷步(Lssolve)。 8．按需要进行后处理，然后退出Ansys。 重新启动输入实例： ／Filename，，，， Resum ／Solu Antype，，Rest !指定新载荷、新载荷步选项等 !对非线性分析，采用恰当的操作 Save Solve Save ／Exit 三、边界条件重建 要为重启动重建正确的边界条件，首先要运行“虚拟”载荷步，过程如 下： 1．将Jobname．osav文件改为Jobname．asav文件。 2．进入Ansys程序，用／Filename命令给定与第一次运行时相同的文件 名。 3．用／Solu命令进入求解处理器，用／Resume命令恢复数据库文 件。 4．执行Antype，Rest命令指出这是一个重启动分析。 5．从上一次已成功求解过的子步开始重新规定边界条件。 6．执行Solve命令。 　 7．按需要施加最终载荷及载荷步选项。如载荷步为前面(在虚拟前) 加载荷步的延续，需调整子步的数量(或时间步步长)。时间步长编号可能 会发生变化，与初始意图不同。如果你需要保留时间步长编号，可在步骤6 中使用一个小的时间增量。 　 8．继续前面所述的一般重启动的操作步骤。

TNC · 发表于 2006-3-22 08:54

正确的进行后处理 建立有限元模型并求解后，要分析结果的正确性。如果结果不正确可 能是由于出现了奇异解。奇异解出现于可能产生不定解或非惟一解的分析 中，求解方程的主元为负或零会产生这样的奇异解。有些情况下，尽管遇到 主元为负或零，仍可继续进行分析，出现这种情况时，可用Pivcheck命令指 定是否要停止分析。 下述条件会引起求解过程出现奇异性： 1．约束不够。 · 2．模型中有非线性单元(如间隙单元、滑动单元、铰链单元、线缆单元h： 等)，结构的一部分可能已经塌陷或分散了。 3．材料特性值为负，如密度。 4．连接点无约束，单元排列可能会引起奇异性。例如，两个水平杆单 元在连接点处存在垂直方向的无约束自由度，在线性分析中，将会忽略加在 该连接点的垂直载荷。 5．屈曲。当应力刚化效果为负时(收缩)，结构受载后变弱。若结构变 弱到刚度减少到零或更小，就会出现奇异解，且结构已经屈曲，将会出现“主 元值为负”的提示信息。 6．零刚度矩阵(在行或列上)。如果刚度的确为零，线性或非线性分析 都会忽略所加的载荷。 在正确计算成功后，你会关心一些关键问题的答案：如该设计投入使用 时，是否真的可行?某个区域的应力有多大?这些都需通过后处理来完成， 后处理是指检查分析的结果，这可能是分析中最重要的一环，因为你要搞清 楚作用载荷如何影响设计，单元划分是否合理等。 检查分析结果可使用通用后处理器Postl和时间历程后处理器Post26。 Postl检查某个模型在某一载荷步和子步的结果。例如在静态结构分析中， 可显示某一载荷步的应力分布。Post26可以检查模型的指定点的特定结果 相对于与时间、频率或其他结果项的变化。例如，在非线性结构分析中，可 以用图形表示某一特定节点的受力与其变形的关系。必须记住Ansys的后 处理器仅是用于检查分析结果的工具。仍然需要使用设计者的工程判断能 力来分析和解释结果。例如作为桥梁设计者你必须充分考虑混凝土的抗压 强度、可接受的混凝土抗拉强度，因此根据后处理的应力等值线你应该知道 此时的应力水平是否可接受。 可以用Outres命令指引Ansys求解器按指定的时间间隔将分析结果添 加在结果文件中，然后用Postl或Post26后处理器进行分析。 下面简要的介绍一下通用后处理器以便能更有效的对结果进行处理。 使用Postl通用后处理器可观察整个模型或模型的一部分在某一时间(或频 率)上针对特定载荷组合时的结果。Postl有许多功能，包括从简单的图像 显示到针对更为复杂数据处理的列表，如载荷工况的组合。 Postl中第一步是将数据从结果文件读人数据库，要这样做，数据库中 首先要有模型数据(节点、单元等)，若数据库中没有模型数据，执行Resume 命令读人数据库文件Jobname．曲。一旦模型数据存在数据库中，输入Set， Lstep，Sbstep，Fact，Kimg，Time，Angle，Nset或Append命令均可以从结果 文件中读人结果数据。如：Set，2，5读人载荷步为2，子步为5时的数据结 果。 结果文件Jobname．nt中缺省的最大子步数为1000，超出该界限时应使 用／Config命令增加界限值。 Postl中的命令为Inres(1nres，Iteml，Item2，Item3，Item4，Item5， Item6，Item7，Item8)。其中，对于通过命令Set，Subset和Append等放人数 据库的结果文件，Outres命令控制写入数据库和结果文件的数据，而Inres命 令指定要从结果文件中恢复的数据类型。尽管不需对数据进行后处理，但 Inres命令限制了恢复和写人数据库的数据库和数据量。因此，对数据进行 后处理也许占用的时间更少。 Subset命令与Set命令大致相同，除了差别在于Subset只恢复所选部分 模型的数据。用Subset命令可方便地看到模型的一部分的结果数据。例 如，若只对表层的结果感兴趣，可以轻易地选择外部节点和单元，然后用 ÷5Subset命令恢复所选部分的结果数据。 可以向数据库追加数据来进行后处理，每次使用Set，Subset命令或等 !份的Gui方式时，Ansys就会在数据库中写入一组新数据并覆盖当前的数 锯。Append命令从结果文件读人数据组并与数据库中已有的数据合并。 可用Set，Subset或Append命令中的任一命令从结果文件将数据读人数据 库。追加数据时，务必不要造成数据不匹配。 ／Postl nares，Nsol Nsel，S，Node，，1，5 Subst，1 扒此时载荷步1内节点到5的数据就存在于数据库中了。 Nsel，S，Node，，6，10 　Append，2 Nsel，S，Node，，1，10 　 Prnsol，Dof 数据库包含有载荷步1和载荷步2的数据，这样数据就不匹配，使用 Pmsol命令时，程序将通知从第二个载荷步中取出数据，然而实际上数据是 激现存于数据库中的两个不同载荷步中取得的。程序列出的载荷步仅为与 最近一次存人的载荷步相对应的载荷步。当然，若希望将不同载荷步的结 果进行对比，将数据添加进数据库中是很有用的，但若有目的地混合数据， 要十分注意跟踪追加数据的来源。在求解曾用不同单元组计算过的模型子 集时，为避免出现数据不匹配，按下列任一方式进行： 1．不要重选当前在求解器后处理中未被选择的单元。 2．从Ansys数据库中删除以前的解答，可从求解中间退出Ansys或在 求解中间存储数据库来做到这一点。 实际上，创建单元表是后处理中最重要的一项工作，Ansys程序单元表 有两个功能：第一，它是在结果数据中进行数学运算的工具；第二，它能够访 问其他方法无法直接访问的某些单元结果，如梁单元的弯矩、轴力等。可用 Ehble，Lab，Item，Comp命令创建或删除单元表。其中Lab变元为一个标 识，该标识将作为随后包括该变量的Postl命令的识别器，进入列中的数据 堤靠Item名和Comp名来识别，例如我们要画梁单元I端点的弯矩时可以用 etable，lmomx(用户起的变量名)，Smisc，Snum来表示Keyopt值不同时Snum (数字)值也不同。需要说明的是Etable命令仅对选中的单元起作用，即只 将所选单元的数据送人单元表中。 一旦所需结果存人数据库，可通过图像显示和表格方式观察。在postl 中观察结果图像显示可能是观察结果的最有效的方法，可在Postl中显示下 列类型的图像： 1．梯度线显示。 2．变形后的形状显示。 3．矢量图显示。 4．路径绘图。 5．反作用力显示。 梯度线显示表现了结果项(如应力、温度等)在模型上的变化。梯度线 显示中有四个可用的命令： Plnsol，Item，Comp，Kund，Fact该命令生成连续的整个模型的梯度 线。 Plnsol，Item，Como，Kund，Fact该命令在单元边界上生成不连续的梯 度线。 Pletab，ltlab，Avglab命令用梯度线显示单元表中保存的数据。 Plls，LabI，LabJ，Fact，Kund命令用梯度线的形式显示线单元的结 果。 例如： ’ Etable，Imoment，Smisc，6 1 1端的弯矩，命名为lmoment Etable，Jmoment，Smisc，18 1 J端的弯矩，命名为Jmoment Plls，Imoment，Jmoment!显示lmoment，Jmoment结果 PHs命令只会在单元的I、J节点处的数值间画一直线，不管结果沿单元 长度如何变化。可用负的比例因子将图形倒过来。 在后处理中也可以产生及组合载荷工况，在典型的后处理中，读人一组 数据(例如，载荷步1的数据)到数据库并进行后处理，每次存人一组新数 据，POSTl清除数据库中结果部分的内容并装入新的结果数据。若想在两 组结果数据之间执行运算(例如，比较和存储两组中最大值)，必须创建载荷 工况。 载荷工况是一组赋以任意参考号的结果数据。例如，可以将载荷步为 1，子步为5的一组结果数据定义为载荷工况号1，将时间为9的一组结果数 据定义为载荷工况号2，以此类推。最多可以定义达99个载荷工况，但在 数据库中一次只能存储一个载荷工况。 时间历程后处理器Post26可用于检查模型中指定点的分析结果与时 间、频率等的函数关系。它有许多分析功能：从简单的图形显示和列表到诸 如微分和响应谱生成的复杂操作。Post26的一个典型用途是在瞬态分析中 以图形表示结果项与时间的关系或在非线性分析中以图形表示作用力与挠 度的关系。可用／Post26命令进入时间历程后处理器。 Post26的所有操作都是针对变量而言的，是结果项与时间(或频率)的 简表，结果项可以是结点处的UX位移、节点处产生的力、单元的应力，用户 对每个Post26变量任意指定大于或等于2的参考号，参考号1用于时间(或 频率)。因此，Post26的第一步是定义所需的变量，第二步是存储 变量。

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