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1、有限元应用于桁架桥梁结构受力分析周明宇（安徽理工大学土木建筑学院，安徽，淮南）摘要：近年来,随着电子计算机的广泛应用,带动了其他各个技术领域的飞速发展。有限单元法也是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。它利用电子计算机进行数值模拟分析,目前在工程技术领域中的应用十分广泛,有限元计算结果为各类工业产品设计和性能分析提供了可靠依据。ANSYS软件正是目前国际上著名的通用有限元软件之一。ANSYS用户涵盖了机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域。ANSYS是这些领域进行
2、国际国内分析设计技术交流的主要分析平台。从工程应用的角度来讲，它包括结构静力分析、结构动力分析、屈曲分析、非线性分析、以及热分析等。本文是ANSYS基于图形界面的桁架桥梁结构的简单受力分析。关键词：有限元、ANSYS、建筑、受力分析ApplicationofANSYSSoftwareinTheFieldofEngineeringZHOUMing-yu(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,AnhuiUniversityOfScienceAndTechnologyAnhui,Huainan)
3、Abstract：Inrecentyears,alongwiththeextensiveapplicationofthecomputer,invoketheothereachtechniquefieldtodeveloprapidly.FiniteElementMethod(FEM)isamoderncomputationaltechniquetodeveloprapidlywiththedevelopmentofthecomputer,FEMcanprocessnumericalsimulationanalysisusingco
4、mputer,itisappliedextensivelyinengineeringfield,theresultofFEManalysisprovidedreliabledataforthedesignandcapabilityanalysisofvariousindustryproduct.ANSYSisoneofthemostinternationalfamoussoftware.ThecustomersofANSYScomefrommachine,aviation,energysources,traffic,constru
5、ction,waterconservancy,electronics,groundmineral,biologymedicine,teachingstudyfieldsetc.ThisistheANSYSanalysisbysimpletrussbridgestructurebasedongraphicinterface.Keyword:Finiteelement,ANSYS,architecture,Forceanalysis桁架结构由于具有自重轻、造价较低和施工简单等诸多优点，在包括大型工业厂房在内的工程领域得到了广泛的应用;
6、随着对设计质量要求的不断提高，人们一直在探索如何在保证桁架结构安全的前提下，减少材料用量，降低成本，以满足经济性的要求;桁架结构的优化设计思想从MICHELL，桁架理论的出现至今已有近百年历史，BENDSOE等，提出的多工况拓扑优化方法标志着对优化设计研究进入了新的阶段。国内学者也在该领域进行了大量的研究，如隋允康等对桁架结构离散变量的优化问1桁架有限元模型1.1桁架有限元模型的简化和假设下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。背景素材选自位于密执安的"OldNorthParkBridge"(1904-1988)，见
7、图1。该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的题进行了研究，通过函数变换找到了满应力的映射解，并结合桁架拓扑优化特点提出了ICM(独立、连续、映射)方法。随着计算机技术的发展，人们开始利用ANSYS等软件对工程结构进行有限元分析和优化设计。APDL是ANSYS参数化设计语言，它是一种通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言，ANSYS提供了两种优化方法即零阶方法和一阶方法。除此之外，用户还可以利用自己开发的优化算法替代ANSYS本身的优化方法进行优化设计。型钢，结构参数见表1。桥长L=32m,桥高H=5
8、.5m。桥身由8段桁架组成，每段长4m。该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1，P2和P3，其中P1=P3=5000N,P2=10000N，见图2。图1
