利用ANSYS绘制单跨静定桁架影响线的方法

利用ANSYS绘制单跨静定桁架影响线的方法
张高扬
【摘要】利用ANSYS软件的静力分析功能,采用APDL语言绘制了单跨静定桁架影响线,该方法比结构力学中的力矩法、投影法和节点法更直接、更简便,同时这种方法也可用于其他桁架的影响线绘制.
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2012(000)005
【总页数】2页(P132,135)
【关键词】桁架;影响线;ANSYS;APDL
【作者】张高扬
【作者单位】西南交通大学土木工程系,四川峨眉614202
【正文语种】中文
【中图分类】O369
0 引言
ANSYS软件作为一款大型有限元通用软件(Fnite Element Analysis,FEA)，广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、水利、汽车等工程领域。

绘制静定桁架的影响线是结构力学中重要问题，也是实际工程中常见的一种结构。

在结构力学中常采用力矩法、投影法和节点法绘制其影响线，但这些方法不能直接绘制出轴力的影响线，只能绘制出轴力在x方向或y方向分力的影响线，然后再通过比例关系
求得轴力的影响线。

本文运用ANSYS软件的APDL语言可以直接绘制桁架结构的轴力影响线。

APDL语言具有修改简单，可使用控制命令，便于保存和交流等特点。

因此，只需稍加修改便可应用于其他类似桁架，大大简化了求解过程。

1 实例分析
问题描述：图1为静定桁架，设F=1沿下弦杆移动时，试绘制a杆、b杆、c杆
的轴力影响线[1]。

图1 平面桁架
2 ANSYS分析及求解
使用ANSYS求解绘制桁架轴力影响线的步骤是：
1）创建桁架的几何模型和有限元模型。

2）确定单位力作用的节点群及起始节点，并顺序记录节点号和节点坐标，以便逐点加载。

3）利用循环加载并求解。

可采用定义荷载步文件求解或连续荷载步求解。

4）进入时程后处理，将节点坐标数组赋予变量，绘制轴力的影响线[2]。

绘制桁架结构轴力影响线属于结构分析中的静力分析。

选取LINK1模拟桁架中的
二力杆。

以下为采用APDL语言编写的命令流[3]：
finish$/clear$/prep7 !重新开始一个分析
b=1$A=1e-3$et,1,link180 !定义参数及单元类型
r,1,A$mp,ex,1,210e9 !定义材料性质及实常数
k,1$k,2,,b$k,3,,2*b$k,4,b,2*b$k,5,b,b$k,6,b !创建关键点
l,1,2$l,2,3$l,3,4$l,4,5$l,5,6$l,1,6$l,2,4$l,2,6
lgen,3,1,8,,b !创建线
nummrg,kp$numcmp,kp !合并关键点号
wpoffs,3*b$csys,4 !移动工作平面
lsymm,x,1,24$nummrg,kp$numcmp,kp !利用镜像创建另一半模型
lcomb,20,21 !将20号线和21号线合并
wpcsys,-1$csys,0 !工作平面和坐标系复位
lsel,all$latt,1,1,1 !分配单元属性
dk,1,ux,,,,uy$dk,13,uy !施加约束
lesize,all,,,1$lmesh,all !划分单元
*dim,p1node,,7
*dim,nodex,,7 !定义两组数组
p1node(1)=1$p1node(2)=6$p1node(3)=12$p1node(4)=16
p1node(5)=20$p1node(6)=17$p1node(7)=7
*do,i,1,7$nodex(i)=nx(p1node(i))$*enddo !给数组赋值
/solu$allsel,all !进入求解器
*do,i,1,7$time,i$fdele,all,all !定义时间标识，删除所有节点荷载
f,p1node(i),fy,-1$solve$*enddo !顺序按节点群中的节点编号施加单位荷载求解，并继续循环直到结束
/post26 !进入时程后处理器
rsys,1
nsol,3,3,u,y !先任意定义一个变量
vput,nodex,2 !将数组nodex()赋予变量2
xvar,2 !将变量2定义为X轴
/xrange,nx(p1node(1)),nx(p1node(7)) !定义影响线长度范围
/axlab,x,length(m) !定义X轴名称
/gropt,divx,(nx(p1node(7))-nx(p1node(1)))/6 !定义X轴刻度数
/gropt,view,on !将所绘制的影响线图设为可缩放模式
/show,jpeg !将图片保存到文件夹中
esol,3,20,,ls,1 !定义20号单元的轴向应力为变量3
prod,6,3,,,,,,A! !变量运算求得a杆轴力
/axlab,y,Fna !定义Y轴名称为Fna
plvar,6 !绘制变量6
esol,4,22,,ls,1 !定义22号单元的轴向应力为变量4
prod,7,4,,,,,,A !变量运算求得b杆轴力
/axlab,y,Fnb !定义Y轴名称为Fnb
plvar,7 !绘制变量7
esol,5,36,,ls,1 !定义36号单元的轴向应力为变量5
prod,8,5,,,,,,A !变量运算求得c杆轴力
/axlab,y,Fnc !定义Y轴名称为Fnc
plvar,8 !绘制变量8
/show,close !关闭图形保存
3 运行结果
通过运行上述ANSYS程序，可得到a杆、b杆、c杆的轴力影响线分别如图2、图3、图4所示。

图2 a杆轴力影响线
图3 b杆轴力影响线
4 结束语
图4 c杆轴力影响线
通过上述分析可知，当运用ANSYS求解绘制桁架结构的轴力影响线时，其基本思路是一致的，借助APDL命令流输入用户只需修改相应的参数即可求解绘制类似的桁架结构的轴力影响线。

参考文献
【相关文献】
[1] 李廉锟.结构力学（上册）[M].北京：高等教育出版社，2010.
[2] 王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京：人民交通出版社，2007.
[3] 博弈创作室.APDL参数化有限元分析设计及其应用实例[M].北京：中国水利水电出版社，2004.。