桥梁振动有限元分析

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1、课程（报告）题目：梁架的抗震仿真分析课题内容：本文简要介绍了ANSYSWorkbench17.0的随机振动分析模块，计算简单梁单元的桥梁模型在给定加速度频谱下的响应。通过静态力学分析、模态分析和随机振动分析三大模块对桥梁进行抗震试验。以达到清晰直观的看出振动状态下桥梁的受力状态和变形状态。如图1所示的模型：图11.问题描述用ANSYSWorkbench17.0分析计算在加速度普下的随机振动情况，加速度谱数据如表1所示：表1频率-加速度值表NUMFrequency(频率)[Hz]Acceleration(加速度)

2、[m/s^2]10.50.045321.00.084632.00.157942.50.19354.00.2565.00.2577.00.2589.00.18132.启动Workbench导入实体并建立分析项目(1)在ANSYSWorkbench17.0启动应用程序进入主界面，在工程管理窗口中建立如图2所示的项目分析流程表：图2(2)右击A2栏中的“Geometry”实体模型，在弹出的快捷菜单中选择“ImportGeometry”导入模型实体，双击A2栏中的“Geometry”实体模型，就可进入DesignMod

3、eler界面，在此界面就可显示几何模型。一般质量矩阵[M]为对角矩阵，刚度矩阵[K]为对称方阵。1.静态力学分析分析原因：由于做梁架的在地震中分析，在这样的随机振动中，地心引力即重力对梁架的作用不可忽视，静力学分析计算在固定不变的载荷作用下的结构效应，不考虑惯性和阻尼的影响，可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力）。因而在重力总用的基础上对梁架进行静力学分析是对实际地震中的情况的反映，计算结果更精确，更接近现实。(1)双击B4栏进入MechanicalModel分析平台,并为本模型选择材料，

4、我们选择系统默认材料结构钢。(2)在“Outline”分析书中选中“Connection”命令，依次选择工具栏中“Contact”接触命令选择“Bonded”。建立八个“Bonded”边接触。如图3所示即为所有曲面约束完成的效果：图3(3)右击“Contacts”下的“Mesh”在弹出的快捷键菜单选中“GenerateMesh”进行网格划分最终的网格效果如图4所示：图4(4)施加支点约束。选中工具栏中的“Supports”约束，在下拉菜单选中“FixedSupports”固定约束命令。单辑工具栏中的点选择按钮，

5、在“Detailsof’FixedSupport’”选中“Geometry”,点击“Apply”四点约束完成。(5)选中工具栏中的“Inertial”惯性下拉菜单选中“StandardEarthGravity”(标准重力加速度)命令，添加如图5所示的重力加速度：图5(4)右击“StaticStructural(B5)”,在弹出的快捷菜单中选中“solve”进行计算。(5)右击“solution(B6)”,弹出的菜单中依次选择“insert”,“deformation”,“total”为总变形位移云图6：图6(8

6、)以同样的方式分别添加应力云图7和梁单元处理工具中的梁单元应力云图8：图7图8数据结果分析：由于架台下面的支座为梁单元，故须对梁单元进行应力分析，根据数据显示在梁架的红色位置应力集中最大，也是容易变形的地方，除了四个固定支点自由度为0外，13各节点中其他的9各节点自由度均为6，刚度矩阵为54X54阶。在重力作用下总变形最大为6.235mm，集中在架台中心位置，而对应的等效应力也在中心，故而可对结构进行优化，中心位置加支梁，或采取避免放置重物等措施。4.模态分析分析原因：模态分析作为动态分析中的一种线性分析方法常

7、用于提取频率，模态式结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率，阻尼比，模态振型。没有外界作用的情况下，物体的振动频率和周期只有振动系统本身的性质决定，称为固有振动，频率为固有频率。实际结构中有大量的固有频率，设计结构时，最重要的是避免是可能的载荷频率过分接近固有频率。模态分析两大任务：计算前几阶固有频率，以避免设计的结构发生共振；前几阶的振型，以确定结构支撑和优化或者放置其它物体的位置；模态分析得到的是你的模型在频域上的表现，这个结果是你做谐响应，谱分析等其他分析的基础，更是做结构设计的参照，好多结构在

8、频率上应当避免与激励。(1)在模态分析中分别添加“TotalDeformation”总变形和“EquivalentStress”应力云图，此时会出现如图10所示的第一阶模态总变形和模态总应力：图10(2)设置桥梁为八阶模态频率分析计算得到的图11：图11数据结果分析：根据前八阶的模态分析，前八阶模态固有频率如下图，由于在做随机振动分析时需要给梁架在一定的加速度谱下的响应，而我们所需要的