基于ANSYS的悬索桥主缆优化找形计算方法
基于ANSYS的桥式起重机主梁优化设计.doc
基于ANSYS的桥式起重机主梁优化设计本文以16t双梁桥式起重机为例，通过有限元软件ANSYS 对其主梁进行目标驱动优化（Goal Driven Optimization），结果相较于优化前质量减轻了24.9%，效果非常显著，并且针对优化前后进行了静力分析，优化结果可靠可行。
本文通过主梁的参数化设计和优化设计，实现了质量减轻的目的，对桥式起重机的设计具有重大意义。
桥式起重机已经成为了现代化生产中必不可少的一种机械设备，除了运用方便、效果显著等原因外，桥式起重机在安全方面相较于其他设备同样有着明显的优势，例如，在实际生产中，桥式起重机能显著提高生产安全，减小事故发生率。
长久以来，我国对于重型机械的要求是够大够结实，因此，在传统的设计方法和加工工艺的限制下，我们设计出来的桥式起重机往往都具有过高的安全系数，这样设计虽然安全，但是，正因为过于安全了，我们的设计造成许多材料的浪费和废弃。
通过大量设计和实例表明，桥式起重机60%以上的重量是和主梁结构相关的，因此，主梁的结构设计是否合理，直接关系到钢材耗费量的多少。
采用ANSYS对起重机主梁进行结构的优化设计，不仅能实现主梁的形状优化，从而改进产品外形，同时能提高整机性能，减少制造成本和材料消耗。
主梁结构分析本文在进行优化设计前，先对桥式起重机主梁进行静力分析，分析的目的是求出主梁的最大应力和最大位移，方便后续的优化以及对比。
本文的研究对象是16t双梁桥式起重机，主梁由上、下盖板、两块腹板以及隔板组成，同时，为了分析更为准确，本文对端梁也进行了建模。
1.1 参数化建模优化设计就是讲设定的参数不断优化，最终在众多方案中寻找最佳方案的过程，因此，在建模时，需要实施参数化建模。
本文采取PROE建模，并且设定了8个优化参数。
1.2 有限元的前处理本文选取solid45单元，材料全部采用Q235，材料密度，弹性模量，泊松比。
网格划分以四边形单元为主，同时在个别部位采用三角形单元。
基于ANSYS与SiPESC.OPT的自锚式悬索桥合理成桥索力优化
自锚 式悬 索桥 中， 吊索是 将加 劲梁 自重 、 外载
这种 结构 的全 部 静 力 解 答． 彭 苗 和卢 哲 安 ［ ８ ］ 结 合 悬链 线理 论和 几何 非线 性 有 限 元 方法 ， 提 出 了空
荷传递到主缆的传力构件 ， 是联 系加劲梁与主缆
有ｚ 一１ 作用 于基本结构 ， 产生梁塔分布弯矩为
作者简介 ：王
超（ １ ９ ８ ６一 ） ， 男， 河南长 葛人 ， 大连理工大学硕士研究生
第 ６期
王
超等 ：基 于 ＡＮＳ ＹＳ与 Ｓ ｉ Ｐ Ｅ Ｓ Ｃ ． ＯＰ Ｔ 的 自锚 式 悬 索桥 合 理成桥 索力优 化
５ ０ ７
ｍ ， 静 载作 用 下基 本 结构 的弯 矩 为 ， 则 任 意 界 面总 弯矩 ：
想， 提 出 了一 种确 定成 桥索 力 的优化 方法 ， 它 以主 梁 的弯 曲应 变能 最 小 为 目标 ， 以 全桥 吊索 力 为 变 量， 综合 运 用有 限元 软件 与优化 软件 ， 得 出一组 成 桥 状态 下 的合理 吊索 力 ， 并 用 算 例证 明其 可 行 性
与有效 性 ．
的纽 带 ， 在施工 中也是先 梁后 缆 ， 通 过 吊索 的张拉 使加 劲 梁 脱模 ． 因此 ， 吊索 拉 力 的大 小 ， 既 决 定 了 主缆在 成桥状 态 的 真 实 索形 ， 也决 定 了加 劲 梁 的 弯 曲 内力 分 布 ＿ １ 屯 ］ ． 关 于 自锚 式 悬 索 桥 在 成 桥 状 态下 的 吊索 力 ， 一 开始 多 根 据 相 应 主梁 节 段 的 恒 载 确定 ＿ １ ］ ， 这 种方 法源 自地锚 式悬 索桥 设计 ， 比较 粗糙 ； 或 采用 刚性 梁支 承法 ＿ ３ ］ ， 但将 以此确 定 的 吊 索 力代 人成 桥模 型 后 ， 并 不 能 使 主梁 处 于刚 性 支
一种基于ANSYS的悬索桥主缆找形计算方法
摘 要 ：提 出了一 种基于 ＡＮＳＹＳ有 限元 程序的悬索桥 主缆找形计算 快速迭代方法 ，采用 ＡＰＤＬ参数 化设 计语 言编制 了计 算程
序 ；程 序考虑几 何非线 性 ，且在 迭代过 程中引入 动态修 正 ，迭代过 程收敛 快 、精度 高 ，可精 确计算 悬索桥 主缆 成桥状 态和空缆 状
收 稿 日期 ：２０１６－０２—１８
作者简 介：杜亚 光（１９８８一），男 ，湖 北荆 门人 ，工学 硕士 ，从 事 桥梁 结构 设 计及 仿真工 作 。
阏
图 ２ 悬索桥主 缆分段悬 链线计算 简图
９８ 桥梁结构
城 市道 桥 与 防 洪
２０１６年 ０５月第 Ｏ５期
２ 找 形计算
悬索桥成桥及空缆状态 ，一般 根据悬 索桥设 计成桥状态的位形建立几何模 型 ，赋予各构件成 桥 状 态 下 能 保 持 自平 衡 的 初应 变 ；然 后 按 照施 工 过程逆拆除构件直至空缆状态 ，即可 以得到空缆 状 态 线 形 ，也 是 主 缆 架设 的 目标 线 形 。然 而 ，成 桥 状态下各构件 的初应变准确值是未知 的 ，需要通 过找形计算获得 。一般 以成桥状态几何线形为 目 标 ，通过解析的或者有限元方法迭代求得 。
ＡＮＳＹＳｆ 作为一款通用大型有限元程序 ，被广 泛应用 于各类结构计算 中 ，其具有 丰富的单元库 ， 其 中 ｌｉｎｋ８和 ｌｉｎｋｌ０ｔ 单元为三维杆单元 ，能够较好 地模拟 大变形 的主缆几 何非线 性 问题 。ＡＰＤＬ是 ＡＮＳＹＳ的参数化设计 语言 ，可以将 ＡＮＳＹＳ命令 组 织起来实现编程 ，提供循环操作 等流程功能 ，可以 实现悬索桥主缆计算 的 自动找形 。
２０１６年 ０５月第 Ｏ５期
ＤＯＩ：１０．１６７９９￣．ｃｎｋｉ．ｃｓｄｑｙｔｈ．２０１６．０５．０２６
基于ANSYS的人行悬索桥主缆及抗风缆找形方法研究
随着建设人行 玻 璃 悬 索 桥 热 潮 的 掀 起,要 更 加 明确此 类 桥 型 的 设 计 方 法 . [１] 为 了 抵 抗 风 荷 载 作 用 ,人 行 悬 索 桥 一 般 都 要 设 置 抗 风 缆 ,但 是 我 国 规 范 中 缺 乏 相 关 规 定 ,使 这 方 面 的 设 计 和 施 工 无 据 可 依 . 安装抗风缆与风拉 索 后,风 拉 索 会 对 主 缆 产 生 垂 直 向 下 的 拉 力 ,使 二 者 受 力 相 互 影 响 ,在 找 形 过 程 中 应 先对抗风缆找形,然 后 把 风 拉 索 产 生 的 竖 向 分 力 加 到 主 缆 上 ,进 行 主 缆 的 找 形 ,最 后 把 二 者 模 型 进 行 合 并,所以带有抗风缆 悬 索 桥 成 桥 线 形 的 确 定 与 常 规 悬索桥相比要复杂 许 多,因 此 需 要 对 抗 风 缆 和 主 缆 的共同找形方法进行研究 . [２Ｇ５]
研究 ResearchandDesign
与设计
基于 ANSYS的人行悬索桥主缆及抗风缆找形方法研究
巩 明１, 刘玉辉２, 张彦玲１, 李运生１
(１．石家庄铁道大学土木工程学院,河北 石家庄 ０５００４３;２．河南省交通规划设计研究院股份有限公司,河南 郑州 ４５００００)
摘 要 :为 了 抵 抗 风 荷 载 的 作 用 ,人 行 悬 索 桥 通 常 会 安 装 抗 风 缆 . 但 安 装 抗 风 缆 后 ,抗 风 缆 和 主 缆 受 力 会 相 互 作用,相互影响,悬索桥在设计中面临抗风缆和主 缆 的 共 同 找 形 问 题. 利 用 ANSYS 软 件 通 过 不 断 迭 代 的 方 式 首 先 进 行 抗 风 缆 的 找 形 ,然 后 进 行 主 缆 的 找 形 ,最 后 进 行 模 型 合 并 ,从 而 建 立 整 个 有 限 元 模 型 . 迭 代 的 方 法 可 以 很 好 的 确 定 带 有 抗 风 缆 的 悬 索 桥 的 成 桥 线 形 ,对 于 此 类 悬 索 桥 的 建 模 提 供 了 较 为 准 确 的 指 导 建 议 . 关 键 词 :ANSYS;悬 索 桥 ;抗 风 缆 ;主 缆 ;找 形 DOI:１０．１３２１９/j．gjgyat．２０１８．０５．００８ 中 图 分 类 号 :U４４８．２５ 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :１６７２Ｇ３９５３(２０１８)０５Ｇ００２６Ｇ０５
ANSYS索结构找形及悬链线的模拟
就产生 了两 个不 确 定 量 ， 就 是 说 既要 形 成 假 设 的 也
不包 括 曲 线 索 单 元 。许 多 学 者 都 在 使 用 ｌ ｋ ｉ ８或 ｎ
ｌ ｋ ０这 两种杆 单 元 模 拟 拉 索 的静 动 力 特 性 ， 利 ｉｌ ｎ 但 用二 节点 直 杆 单 元 来 模 拟 索 单元 仅 在 索 长 度 不 太
【 作者简介 】 杨
有 限元分 析 理 论 把 索 看 成 是 由一 系 列 相 互 连
接 的索段 组成 ， 段 之 间 以节 点 相 连 。 因此 进 行 索 索
钦 （９ ４一） 男 ， １８ ， 工学硕 士 ， 结构工程 师。从事 结构工程方面 的研究 。Ｅｍａ ：ｉ ｙｎ＠ｘ —ｄ ｃｍ．ｎ — ｉ ｑｎ ａｇ ｄａ． ｏ ｅ ； ｌ —
１ 引言
索作 为 一 种 轻质 、 高效 、 大跨 和 经 济 的构 件 ， 在 结构 工程 中扮 演 着 非 常 重 要 的 角 色 ， 在 索 道 、 如 塔
构 这些 特点 ， 必须 选 择 正 确 的有 限元 模 型对 其 进 行 非 线性 分析 。关 于斜 拉 索 受 力模 型 ， 使用 索 单 元 最 方便 的方 法 是 采 用 包 括 非 线 性 分 析 的通 用 有 限元
段 ｌ ｋ０单 元组成 的悬 链线 索单 元模 型 。通过算 例 ｉ ｌ ｎ
计 算结果 表 明采 用多 段 ｌ ｋ ０单 元模 拟悬链 线 索单 ｉ ｌ ｎ 元 精度 高 ， 可应用 于工 程实 践 。
２ 索 结构 基 本 假 设 和 找 形 步 骤
２ １ 索 结构基 本假 设 Ａ ＹＳ的实现 ． ＮＳ
悬索桥ansys分析——很经典,很实用。
顺昌人行悬索桥ANSYS有限元模拟课程名称：《索结构》姓名：***（N022005156）桥隧工程李秀芳（N012005131）结构工程指导老师：彭大文（教授）陈昀明报告日期：2003年2月28日福州大学土木建筑工程学院2003年2月28日一、顺昌人行悬索桥简介设计人行荷载2.5kN/m.主索跨度348米，失高20米，桥面净宽2.5米。
主索采用7根φ42（7⨯19）共14根。
桥面系吊索用19的钢丝绳。
桥面系长度268米。
桥面两端标高为1.00米，跨中标高为4.00米，呈抛物线型。
二、有限单元模型2．1基本假定由于悬索桥的受力传力体系的复杂性，顺昌人行悬索桥桥面系统的构件多样，空间位置的复杂性，对其有限元模型作了一些合理的假定，并最大程度地保证简化后的有限元模型质量，刚度的不变性：（1）结构部分归类为横向工字梁，纵向工字梁，纵向槽钢、斜向支撑，主塔竖向构件，主塔横向构件，主索，竖向吊杆，桥面板。
（2）主塔竖向构件在全部高度，主塔横向构件在全部长度上只有一个截面属性，忽略倒角的影响；主塔竖向构件底端直接固接。
（3）主索与桥塔横向构件的连接采用自由度耦合来模拟。
（4）桥面的横、纵、斜向的梁及桥面板处于同一平面内，而其相应的面外刚度的计算以此为基准。
（5）由于本模型没有用来计算横向风载的影响，所以缆风绳没有2．2单元类型在有限元模型中，使用了三种单元类型对悬索桥的桥塔、桥面系、缆索进行了模拟。
他们分别是三维弹性梁单元（BEAM4），三维杆单元（LINK10），板壳单元（SHELL10），各个单元的类型简述如下：（1）B eam4可承受拉力、压力、扭矩、弯矩.每个节点有6个方向的自由度.可以考虑应力刚化,大变形等特性。
（见图1）图1 Beam4示意图（2）Link10Link10单元在每个节点上有三个自由度：沿节点坐标系x、y、z方向的平动。
适用于模拟3-D空间桁架,杆件,弹簧等结构.使用只拉选项时,如果单元受拉,刚度九消失,以此来模拟缆绳的松弛或链条的松弛.可只承受轴向拉力或只承受轴向压力,无法承受弯矩.元素具有塑性,徐变,膨胀,应力强化,大变形和大应变等特性。
基于ANSYS的悬索桥分析方法研究
载作 用过 程 中 ， 塔顶 会有 比较 大 的位 移 ， 主缆 与鞍座 的切 点位 置也 有 比较大 的变 动 ， 因此 ， 正确 模拟 鞍座
及切 点 的变化 ， 是很 有必 要 的。
以塔顶鞍座为例 ， 如图 １ 所示 ， 鞍座单元的构造
２ 分析方法
２ １ 鞍座 的模 拟 ．
鞍座 是使 主缆 平 顺 转 向 的构 件 ， 算 时一 般 认 计
为 主缆应 总是 与鞍 座 相 切 的 ， 而在 施 工 阶段 和活 然
ｂｉｇ） 悬 索 桥 分析 系列 程 序 以 及悬 索 桥 主 ｒ ｅ¨ 和 ｄ 缆设计 与施 工 计 算 专用 软件 Ｓ Ｉ ００、 梁 结 构 空 ＧＬ ０ 桥 ２ 间几何 非线 性 静 动力 分 析 软 件 Ｂ Ａ ２０ 等 。通 Ｃ Ｓ０ ０
Ｓ Ｐ００等 。专用 程序 和通 用程序 在悬 索桥 分 析 方 Ａ ２０ 面各 有优 缺点 ， 如专 用 程 序 具 有 能 考虑 悬 索 桥 的 特 殊构 造 、 载方 便 等优 点 ， 算 速 度 较 快 ， 算 精 度 加 计 计 较高， 但前 后处 理一 般配 合不 好 ， 些程 序还 有些 缺 有
序 的结 构模 拟精 度 和计 算 精 度 ， 且 具 有 良好 的前 并 后 处理 功能 。
／
Ｓ － 日
Ｂ
图 １ 鞍 座 单 元 构 造 形 式
Ｆｉ ．１ Ｓａ ｇ ｄｄｌ ｌｍ ｅ ｔｆ ｒ ｅｅｅ ｎ ｏ ｍ
在鞍座 顶推 或 活 载作 用 下 ， 座 两 侧 圆弧 段 的 鞍
［ 收稿 日期 ］ ２ １ ０ ０ ２— ３—１ ２ ［ 基金项 目］ 国家科技 支撑计划资助项 目（０ ９ Ａ ５ ０ ） ２ ０ Ｂ Ｇ１Ｂ １ ；交通行业联合科技攻关项 目（０ ８—３３— ３ １ ０ ２０ ５ ３ ２— ９ ） ［ 作者简介 ］ 罗喜恒（ ９９ ， 福建上杭县人 ， １６ 一） 男， 高级工程师 ， 工学博士 ， 研究方向为桥 梁结构设计理论 ； Ｅ—ｍａ ： ｏｉｅｇ ｏｇｉｅｕ ｃ ｉ ｌ ｘ ｎ ＠ｔ ｉ ｄ ．ｎ ｌｕ ｈ ｎ ．
余章卫---基于ANSYS的桥梁悬索结构找形研究
基于ANSYS的桥梁悬索结构找形研究余章卫胡振玉（南昌工学院科研处, 南昌）摘要：桥梁悬索结构在工作阶段的初始状态是很难确定的，需要通过找形来确定，这样能为桥梁整个体系的强度分析提供有效的参数。
本文给出了理论分析时悬索的悬挂曲线方程，悬索的张力公式等。
在ANSYS中建立了悬索的有限元模型，并在重力作用下进行非线性静力分析，最后得到悬索的形状，计算了有预应力悬索在外载作用下的变形，并且与参考文献的仿真结果进行了对比，证明了本文方法的正确性。
关键词：悬索；找形；ANSYS；非线性中图分类号：文献标识码：文章编号：Abstract:the initial state of bridge cable structure in the working stage is difficult to determine, needs to be determined by the shape finding, it can provide effective parameters for the whole bridge system strength analysis. This paper gives a theoretical analysis of cable curve equation, cable tension formula. Establish finite element cable model In the ANSYS, analysisthe nonlinear static state under the action of gravity, finally get the cable shape, calculate the deflection of prestressed cable under the action of the external load, and compare the simulation the results with other artical, proves the correctness of this method.Key words:cable; shape -finding; ANSYS; nonlinear悬索结构以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，悬挂在相应的支承结构上。
基于ANSYS的自锚式悬索桥有限元建模和分析方法
有 大量文 献 州介 绍 如 何 利用 它来 进 行 悬 索 桥 的 建模 及分 析 ， 均不 全面 ， 多关键 问题 未提 到或 但 许
未解 决 ， 应用起 来 不方便 ， 利用 的基 本原 理未 或 所
说明， 关键 参 数 的取 值 方 法 未介 绍 。本文 针 对 这 些 问题 ， 据 自锚 式 悬 索 桥 （ 括 地 锚 式 悬 索 桥 ） 根 包
Ｂ ＡＭ４单元 的 实 常 数 里 只能 输 入 截 面 总 高 度 。 Ｅ
主梁 的受 力特 点是从 主缆架设 开 始到成 桥运 营 阶 段 要 承受 轴压 力作 用 ， 制作 及 安 装 时 需要 预伸 在 长， 而建模 时一 般输 入节 点或 桩里 程 ， 要采 取措 需 施 实 现预 伸长 。 针对这 些 特点 ， 向 主刺 宜 用 三 维 弹性 锥 形 纵 非 对称 梁单 元 Ｂ ＡＭ４ Ｅ ４模 拟 ， 三维 ” 明可 以用 “ 说 于空 间分析 ， 弹性” 明仅能 用于 线弹性 分析 ， “ 说 不
的构 造特 点 、 工方 法 ， 面介 绍各关 键 构件 的模 施 全 拟方 法 、 键计算 内容 的实 施方 法 、 键结 果 的后 关 关
处理 方法 。
能 考虑 材料 非线 性 ， 锥形 ” 明 单 元 ２端截 面可 “ 说
以不 同 。该 单元 的最 大优 点是 可 以输入 截面 上下
主梁 、 主塔 、 吊索 、 缆 、 应 力 、 索 鞍 、 索 鞍 （ ） 关 键 构 件 的单 元 选 取及 其 参 数 确 定 的 方 法 和技 主 预 主 散 套 等 巧 ， 绍 了 静 力 计 算 和 模 态 分 析 等 关 键 计 算 内容 的实 施 方 法 ， 面应 力 等 关 键 结 果 的 后 处 理 方 法 ， 介 截 并 给 出 了算 例 。杭 州 江 东 大 桥 自锚 式 悬 索 桥 算 例表 明 了该 方 法 的 可 行 性 和 优 越 性 。
ANSYS Example06悬臂梁优化算例 (ANSYS)
06 悬臂梁优化算例(ANSYS)在实际工程中，经常遇到需要对结构构件进行截面优化，以充分利用材料并节省造价。
ANSYS软件提供了一些常用的结构优化功能，本算例将以一个受均布荷载的平面悬臂梁为例，介绍实用ANSYS软件对构件进行优化。
知识要点：(1)输出命令流文件(2)Element Table的使用(3)结果的求和，排序(4)设计变量，状态变量，目标变量(5)优化算法(1)首先用ANSYS建立有限元模型，先输入以下控制参数：P=1e6 ! 作用在悬臂梁上的局部荷载L=10 ! 悬臂梁长度T1=1 ! 悬臂梁固定端截面高度T2=1 ! 悬臂梁中点截面高度T3=1 ! 悬臂梁自由端截面高度(2)进入ANSYS主菜单Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，添加单元类型为Plane 82(3)在ANSYS主菜单Materials Props->Material Models中添加钢材材料属性：Structural->Linear->Elastic->Isotropic，输入弹性模量为200E3，泊松比为0.3(1)下面建立悬臂梁的模型，首先建立关键点信息，在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS，依次输入以下关键点：(4)选择ANSYS主菜单，依次连接关键点1－2，2－3，3－6，6－5，5－4，4－1，5－2(5)选择ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Areas->Aribitrary->By Lines，依次点选直线1，7，5，6和2，3，4，7，生成面模型如图(6)进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing ->Size Cntrls ->ManualSize ->Global->Size，设定单元的最大尺寸为L/50(7)进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing ->Mesh->Areas->Free，对生成的面进行网格划分(8)完成建模后开始添加边界条件，首先进入ANSYS主菜单Solution->DefineLoads->Apply->Structural->Displacement->On Lines,选中直线6，选择约束所有位移(9)接着进入ANSYS主菜单Solution->Define Loads->Apply->Structural->On Lines，选择直线1和直线2，输入压力大小为P(10)下面进行求解，进入ANSYS主菜单Solution->Solve->Current LS，求解当前工况(11)然后进入后处理进行结果整理，首先进入ANSYS主菜单General Postproc->ListResults->Sorted Listing->Sort Nodes，选择对所有节点的von Mises应力进行排序。
用ANSYS进行悬索结构的找形和计算
下面是一道用ANSYS进行悬索结构的找形和计算的例题取自<悬索结构设计>沈世钊，中国建筑工业出版设，1997.8 p149例题3-1进行了找形计算和荷载作用下的静力计算找形时取较小的弹性模量，静力计算时采用弹性模量的真值这个例题说明，ANSYS还是可以进行悬索结构的分析的/prep7ET,1,LINK10!找形时采用很小的弹性模量R,1,0.001468,0.9,MP,EX,1,0.60551e9MP,NUXY,1,0.3!定义节点*do,i,1,5*do,j,1,2*i-1k=(i-1)*(i-1)+jn,k,(j-i)*9.15,-36.6+(i-1)*9.15,0*enddo*enddo*do,i,1,4*do,j,1,2*i-1k=(i-1)*(i-1)+j+25n,k,(j-i)*9.15,36.6-(i-1)*9.15,0*enddo*enddo!定义单元*do,i,1,4*do,j,1,2*ik=i*i+je,k,k+1*enddo*enddo*do,i,1,3*do,j,1,2*ik=i*i+j+25e,k,k+1*enddo*enddo*do,i,1,4*do,j,1,2*i-1k=(i-1)*(i-1)+je,k,k+2*i*enddo*enddo*do,i,1,3*do,j,1,2*i-1k=(i-1)*(i-1)+j+25 e,k,k+2*i*enddo*enddo*do,i,18,24e,i,i+17*enddo!施加位移约束d,1,ux,0d,1,uy,0d,1,uz,3.66d,2,ux,0d,2,uy,0d,2,uz,1.83d,4,ux,0d,4,uy,0d,4,uz,1.83d,5,ux,0d,5,uy,0d,5,uz,0d,9,ux,0d,9,uy,0d,9,uz,0d,10,ux,0d,10,uy,0d,10,uz,-1.83d,16,ux,0d,16,uy,0d,16,uz,-1.83d,17,ux,0d,17,uy,0d,17,uz,-3.66d,25,ux,0d,25,uy,0d,25,uz,-3.66d,35,ux,0d,35,uy,0d,35,uz,-1.83d,41,ux,0d,41,uy,0d,41,uz,-1.83d,30,ux,0d,30,uy,0d,30,uz,0d,34,ux,0d,34,uy,0d,34,uz,0d,27,ux,0d,27,uy,0d,27,uz,1.83d,29,ux,0d,29,uy,0d,29,uz,1.83d,26,ux,0d,26,uy,0d,26,uz,3.66!设定时间步TIME,1AUTOTS,0NSUBST,20, , ,1KBC,0!输出每个子步的结果OUTPR,BASIC,ALL,OUTRES,ALL,ALL,!设定大变形，应力刚化NLGEOM,1SSTIF,ONFINISH!求截/SOLU/STATUS,SOLUSOLVEFINISH!后处理/POST1PRNSOL,DOF,PRESOL,SMISC,1PLESOL,SMISC,1PLNSOL,U,X,0,1finish/PREP7!更新几何形状!a.rst为计算结果文件名，最后一个为目录!这两个参数应根据你的计算情况定UPGEOM,1,LAST,LAST,a,rst,E:\JZD\1\ !弹性模量恢复为真值R,1,0.001468,0.0027248,MP,EX,1,2.0e11!重新施加位移约束d,1,uz,0d,2,uz,0d,4,uz,0d,5,uz,0d,9,uz,0d,10,uz,0d,16,uz,0d,17,uz,0d,25,uz,0d,35,uz,0d,41,uz,0d,30,uz,0d,34,uz,0d,27,uz,0d,29,uz,0d,26,uz,0!求截/SOLU/STATUS,SOLUSOLVEFINISH/POST1!观察施加荷载之前结构的位移!可见位移基本为零,预张力基本不变PLNSOL,U,Z,0,1PLESOL,SMISC,1FINISH!写荷载工况文件01/PREP7LSWRITE,01,!施加节点荷载*do,i,1,41f,i,fz,-167445*enddo!设置第2荷载步TIME,2AUTOTS,0NSUBST,20, , ,1KBC,0LSWRITE,02,!求解FINISH/SOLULSSOLVE,1,2,1,后处理/POST26!可以看到，该结果和书中结果一致NSOL,2,21,U,Z,PLVAR,2, , , , , , , , , , ESOL,3,33,1,F,Y,PLVAR,3, , , , , , , , , ,。
ANSYS有限元分析——找形分析作业
ANSYS有限元分析——找形分析作业⼆找形分析1找形分析概述初始状态形状确定问题简称为“找形”，其基本原理是减⼩弹性刚度的影响，利⽤结构应⼒刚度求的满⾜边界条件的平衡曲⾯。
因此，在找形分析时应采⽤较⼩的弹性模量，且不施加外荷载和⾃重荷载。
2 问题描述如图1，2所⽰的菱形索⽹，四个⾓点铰⽀，长度L=6m，宽度H=4.8m，垂度V=4.2m，弹性模量E=150GPa，四边主索为?22的钢丝绳，截⾯⾯积A1=1.92E-4m2，初始预应⼒T1=15KN，副索为?14的钢丝绳，截⾯⾯积A2=7.78E-5m2，初始预应⼒T2=5KN。
图1 菱形索⽹图图1 菱形索找形后空间图形3 命令流实现有限元分析及结果!菱形索⽹找形分析（国际单位制K,M,S）FINI/CLEA/PREP7!定义⼏何参数荷载参数等，单元类型和材料性质L=6 !定义索⽹⾯X向长度H=4.8 !定义索⽹⾯Y向宽度V=4.2 !定义索⽹⾯Z向位移A1=1.92E-4 !定义直径为22的主索横截⾯⾯积A2=7.78E-5 !定义直径为14的副索横截⾯⾯积T1=1.5E4 !定义主索预应⼒T2=5E3 !定义副索预应⼒ISTRAN=0.999 !定义很⼤的初应变ET,1,LINK10 !定义单元类型R,1,A1,ISTRAN !定义主索实常数MP,EX,1,T1/(ISTRAN*A1) !定义主索弹性模量MP,PRXY,1,0.3 !定义主索泊松⽐R,2,A2,ISTRAN !定义副索实常数MP,EX,2,T2/(ISTRAN*A2)MP,PRXY,2,0.3!在平⾯位置建⽴⼏何模型并⽣成有限元模型K,1,-L/2,0K,2,0,-H/2K,3,L/2K,4,0,H/2L,1,2 !创建线，形成索⽹外边界L,2,3L,4,3L,1,4LDIV,ALL,,,6 !所有线等分为6段*DO,I,0,9 !通过循环创建内部线L,5+I,15+I*ENDDOLOVL,ALL !执⾏线搭接，形成关键点NUMM,ALL !合并相同元素DK,1,UX,,,,UY$DK,1,UZ,V !关键点1和3处为铰⽀座DK,3,UX,,,,UY$DK,3,UZ,VDK,2,UX,,,,UY$DK,2,UZ,-V !关键点2和4处施加⽀座位移DK,4,UX,,,,UY$DK,4,UZ,-V LSEL,S,LINE,,1,24LATT,1,1,1LSEL,INVE,LINELATT,2,2,1LSEL,ALL !选择所有线LESIZE,ALL,,,1 !定义每⼀条线划分⼀个单元LMESH,ALL!求解获得初始状态的变形/SOLUANTYPE,0NLGE,ON !打开⼤变形NSUB,20 !定义⼦步数OUTR,ALL,ALL !输出结果SOLVE FINI。
基于有限元列式的悬索桥主缆找形算法
土木工程与管理学报 Journal of Civil Engineering and Management
Vol.35 No.2 Mar.2018
基 \ 罗 文 孝 2， 刘 梅 2
(1.华中科技大学土木工程与力学学院，湖 北 武 汉 430074; 2.贵州高速公路集团有限公司，贵 州 贵 阳 550009)
od ; nonlinear F E M
悬 索 桥 主 缆 属 于 柔 性 结 构 ，在 无 应 力 状 态 下 没 有 确 定 的 初 始 位 形 ，其 几 何 刚 度 完 全 来 源 于 初
Abstract：This study proposed an efficient numerical iteration method for the shape-finding of the main cable of suspension bridge，which can partially overcome the drawbacks of the existing methods. T h e idea of the method comes from the mechanical similarities between the rational arc axis and the equilibrium suspension cable，by which the profile of the suspension cable as a whole is seen as a “rational axis”. Based on the truss element and the basic principles of structural mechanics，the relationships between the element coordinates and the end nodal forces are directly established，to obtain an iteration expression in a similar form to the element stiffness equation of F E . All the element iteration expressions are assembled to obtain a global iteration equation in a similar w a y to finite element method ( F E M ); by the given parameters considered as constrained conditions， the equilibrium profile is obtained by iteratively solving a set of linear simultaneous equations.T h e process realized an attempt of solving flexible structures by linear F E M . Different calculation modes based on the constrained conditions are also proposed for the profiles in different states. T h e precision of the method are demonstrated through a numerical example by comparison with the nonlinear F E M ；the convergence analysis shows that the method is universally applicable，for it is insensitive to the trial parameters. K e y w o r d s ：shape-finding of the main cable; numerical iteration m e t h o d ; coordinate iteration meth
一种基于ANSYS的悬索桥主缆找形计算方法
一种基于ANSYS的悬索桥主缆找形计算方法
杜亚光;胡志礼;张茂会
【期刊名称】《城市道桥与防洪》
【年(卷),期】2016(0)5
【摘要】提出了一种基于ANSYS有限元程序的悬索桥主缆找形计算快速迭代方法,采用APDL参数化设计语言编制了计算程序;程序考虑几何非线性,且在迭代过程中引入动态修正,迭代过程收敛快、精度高,可精确计算悬索桥主缆成桥状态和空缆状态线形.
【总页数】3页(P97-98,122)
【作者】杜亚光;胡志礼;张茂会
【作者单位】武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北武汉430023;武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北武汉430023;武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北武汉430023
【正文语种】中文
【中图分类】U448.25
【相关文献】
1.基于ANSYS的悬索桥空间主缆扭转问题计算方法研究
2.基于ANSYS的人行悬索桥主缆及抗风缆找形方法研究
3.基于ANSYS的悬索桥主缆优化找形计算方法
4.基于整体力学分析的自锚式悬索桥主缆找形法
5.悬索桥空间主缆找形分析的一种迭代算法
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基于ANSYS的悬索桥分析
EngApp-005，20100605，SWJTU 6
工程应用五：基于 ANSYS 的悬索桥结构有限元分析
2 悬索桥结构的受力基本特征
2.1 悬索桥的超静定次数[2] 前已述及，悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成
的柔性悬吊组合体系。施工时，悬索桥主要由主缆和桥塔承受结构自重，加劲梁 的受力由施工方法（缆载吊机悬吊施工和桥面吊机吊装悬臂施工）决定。成桥后， 主缆和加劲梁共同承受外荷作用，但随着跨度增加，加劲梁分担比例越来越小。
(a) 桁架式
(b) 刚构式
(c) 混合式
图 1-2 桥塔横桥梁示意图
1.2 主缆
主缆是通过塔顶的鞍座悬挂于主塔上并锚固于两端锚固体中的柔性承重构 件，主缆本身又通过索பைடு நூலகம்和吊索承受活载和加劲梁（包括桥面）的恒载，除此之 外，它还分担一部分横向风荷载并将它直接传递到塔顶。主缆的布置形式一般是 采用每桥两根，平行布置于加劲梁两侧吊点之上。现代大跨度悬索桥多采用平行 钢丝主缆，它是由平行的高强、冷拔、镀锌钢丝组成。钢丝直径大都在 5mm 左 右。根据主缆承受拉力的大小，每根主缆可以包含几千根乃至几万根钢丝。为便 于施工安装和锚固，主缆通常被分成束股编制架设（一般每根主缆可分成几十乃 至几百股，每股内的丝数大致相等），并在两端锚碇处分别锚固。为了保护钢丝，
图 2-1 单跨两铰悬索桥的内力分析示意图
在某种意义上，悬索桥可比拟为倒置的拱桥。我们知道，三铰拱为静定结构， 两铰拱则为一次超静定。对于两铰式悬索桥，亦为一次超静定。如图 2-1 所示为 单跨两铰式悬索桥结构示意图，将主缆从跨中切开，作用一对冗余力 H，则可按 力法分析主缆以及加劲梁的内力。若将加劲梁改为连续，则三跨悬索桥将成为三 次超静定（可以取主缆内力、加劲梁在两塔处截面内的两个弯矩为冗余力）。另 外，从应力刚度（下文说明）的角度来看，拱结构为压弯构件，悬索结构为受拉 构件，因而，拱桥的跨度发展受到限值，悬索桥则适用于大跨度桥型。 2.2 悬索桥结构受力行为的非线性
ANSYS索结构找形及悬链线的模拟
ANSYS索结构找形及悬链线的模拟杨钦;李承铭【摘要】索结构的形态确定是一个非线性大位移问题.由于索结构的形状确定和预应力分布是一对相互影响的参数,因此,其工作阶段的几何状态一般是难以事先确定的,必须通过找形来确定.本文总结出了利用ANSYS对索结构进行找形的步骤,并通过计算实例,验证了ANSYS程序找形计算的准确性.对于比较长的单索,例如斜拉桥、悬索桥、索道等,具有很强的几何非线性,其垂度的影响是不可忽略的.然而,ANSYS软件单元库不包括曲线索单元,利用二节点直杆单元来模拟索单元仅在索长度不太大的情况下满足要求.基于此,本文提出了采用多段link10单元来模拟悬链线索单元.最后通过算例模拟悬链线索单元,验证由多段link10单元模拟悬链线索单元计算方法的可行性和准确性.【期刊名称】《土木建筑工程信息技术》【年(卷),期】2010(002)004【总页数】5页(P61-65)【关键词】索单元;非线性;找形;悬链线【作者】杨钦;李承铭【作者单位】上海现代建筑设计(集团)有限公司;上海现代建筑设计(集团)有限公司【正文语种】中文【中图分类】TU351索作为一种轻质、高效、大跨和经济的构件，在结构工程中扮演着非常重要的角色，如在索道、塔桅结构、悬索结构、斜拉结构、索桁结构、索穹顶及索膜结构中。
在许多文献中已对多种索构件索的计算方法进行了研究，目前，索的模拟和分析方法已经成熟。
与传统结构计算相比，索结构的初始形态和初始预应力分布是一对相互影响的未知量，这就产生了两个不确定量，也就是说既要形成假设的初始几何形态，又要满足初始假设的预应力分布，这用传统的结构力学方法是难以完成的，只能采用迭代法，通过几何形状和预应力分布的逼近来实现。
现在常用的力密度法、动力松弛法、非线性有限元法均是通过迭代计算实现这一点。
本文通过有限元软件ANSYS对索结构进行找形分析，总结出索结构进行找形步骤，并通过计算实例，验证ANSYS程序找形计算的准确性。
利用ANSYS进行优化设计时的几种优化算法
利用ANSYS进行优化设计时的几种优化算法本文探讨了利用ANSYS进行优化设计时的几种优化算法。
优化技术理解计算机程序的算法总是很有用的，尤其是在优化设计中。
在这一部分中，将提供对下列方法的说明：零阶方法，一阶方法，随机搜索法，等步长搜索法，乘子计算法和最优梯度法。
(更多的细节参见ANSYS Theory Reference 第20章。
)零阶方法零阶方法之所以称为零阶方法是由于它只用到因变量而不用到它的偏导数。
在零阶方法中有两个重要的概念：目标函数和状态变量的逼近方法，由约束的优化问题转换为非约束的优化问题。
逼近方法：本方法中，程序用曲线拟合来建立目标函数和设计变量之间的关系。
这是通过用几个设计变量序列计算目标函数然后求得各数据点间最小平方实现的。
该结果曲线(或平面)叫做逼近。
每次优化循环生成一个新的数据点，目标函数就完成一次更新。
实际上是逼近被求解最小值而并非目标函数。
状态变量也是同样处理的。
每个状态变量都生成一个逼近并在每次循环后更新。
用户可以控制优化近似的逼近曲线。
可以指定线性拟合，平方拟合或平方差拟合。
缺省情况下，用平方差拟合目标函数，用平方拟合状态变量。
用下列方法实现该控制功能：Command: OPEQNGUI: Main Menu>Design Opt>Method/ToolOPEQN同样可以控制设计数据点在形成逼近时如何加权;见ANSYS Theory Reference。
转换为非约束问题状态变量和设计变量的数值范围约束了设计，优化问题就成为约束的优化问题。
ANSYS程序将其转化为非约束问题，因为后者的最小化方法比前者更有效率。
转换是通过对目标函数逼近加罚函数的方法计入所加约束的。
搜索非约束目标函数的逼近是在每次迭代中用Sequential Unconstrained Minimization Technique(SUMT) 实现的。
收敛检查在每次循环结束时都要进行收敛检查。
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B r id g e a n dTUNNEL ENGINEERING桥|隧|工|程S_基于A N S Y S的悬索桥 主缆优化找形计算方法吴章旭(广西交通职业技术学院，广西南宁530000)作者简介吴章旭（1992—），助 教，研究方向：大跨径设计理施工控制技术。
摘要：文章基于A N S Y S优化模块对受集中荷载作用下的悬索桥主缆进行找形分析，采用抛成桥计算理定界几何约束的初始几，对初始模型求解后进行节向位移的反向，直到吊索节点的几界约后成桥形。
采用理论进行找形结果验证，优化找形的计算结果的计算精度。
关键词：悬索桥;A N S Y S;主缆;优化找形;计算方法中图分类号，U442 文献标识码：A D O I:川.13282/j.c n k i.w c c s t.2〇18.02. 〇35文章编号：1673 - 4874(2018)02 - 0134 - 04ANSYS-based Optimization Shaping Method for Main Cables of Suspension BridgesWU Zhang-xu(Guangxi Vocational &Technical College of Communications,Nanning,Guangxi,530000)Based on the ANSYS optimization module,this article conducted the shaping analysis for the main cable of suspension bridges under centralized load,the parabola bridge calculation theory was used to determine the initial geometric model that meets the boundary geometry constraints.After solving the initial model,it conducted the reverse iteration for the longitudinal displacement of the nodes until the geometric boundary constraints of sling node became converged,then it obtained the main cable shape.The classic catenary theory was used to verify the shape-finding result,and the calculation result of optimization shaping can reach the same calculation precision.Suspension bridge；ANSYS；Main cable；Optimization shaping；Calculation method〇引言悬索桥主要是由主缆、吊索、主塔和锚固系统组成，在成桥状态下桥面荷载由吊杆弹性支撑，吊索以集中荷载的形式将荷载传递给主缆，主缆再将轴力传递给主撑结构与锚固系统。
形节点作用下的平衡状态决定， 形计的精确理论有分[1]、虚拟[2]，这两种方法均有解析公式可以进行解析找形。
文章通过对悬索系 进行简化分析，几界与荷载平衡，采用有限元建模进计算的找形计算。
134西部父通科技 触!^ & T e(；h n o lo g y基于ANSYS索 化形计算法！1初拟计算参数有限分析迭代方法为简 对中跨主进行分析，首先假设 始 ：直径为〇.2m，跨跨径100 m，矢跨比为1/5,两理论IP点所在高程 均为20 m。
的吊杆间距为1〇m，其佘吊杆间距为8m，全桥共计11根吊杆。
形的分 与抛物线的线形比 ：似，因此采用 两个P以约束的几 界 ，建 找形的初始构形由式(1)确定 节 。
的主缆吊点受到1 200 kN的集中荷 载作用，吊点受到1 0◦0kN的集中荷载作用，主缆建模初始线形如图1所示。
2有限元模型分析直接建立有限元模型，主缆吊点之间采用一个单元连接，等效为文献[3]介绍的节，首先在吊点所 的里程上建立节点，然后用只受拉的L in k◦单元 连接成主缆初始线形，最后施加吊索处节点荷载，如图 2 所 。
2.1迭代计算原理用单元模拟分 间的 分析的成 形具有较高的精度，衡状态下有 的初始 。
可 两种分析思路进找形％(1)分别赋予初始应变，均作为设计变量进 #(2) 每一跨的分 均赋予统一的初始应变，跨 有 设计 量 。
始建 的抛 形 衡 状态下的线形，主缆节点均会产生位移 衡状态，用两种初值赋予的方法求解 形，会的计算结果，因此采用第二种方法可以很大 程度减少设计变量的数量，减小 找形的计算量，减少程 间。
设计给出的成桥状态为了保证吊杆 向不生倾斜，因此吊杆 向位置 定 ：的，而初始以抛 建 就 将 节点建了成桥位置，在赋予初始 的的平衡状态求 解 分析 ，节 定 产 生 向的 位 移，设计的边界 。
因此在第一次求解的 t 获 节点的纵向位移，再将此位移反向叠加到初始建模的 的纵向 ，再次 分析方法对进行找形，S卩设计边界 的成形。
2.2设计变量初值选 的始 ，可以加快程序的。
因此可以根 验进 值，也可通过试算确定，同样也可采用抛 形计算理 似计算初始应变，见式(2)和式"）。
e=59() 2.3 —次优化结果用始 进 分析 获 衡 状态下的节 ，见下页表1。
2018年第2期总第127期1#桥隧工程 BRIDGE AND TUNNEL ENGINEERING表1优化结果主缆节点坐标表编号建后节点纵向漂移X Y X YI P-5。
0。
20.000-50.00020.0000.0001-4。
0。
12.800-40.02612.755-0.026 2-32.0008.192-32.0158.161-0.015 3-24.0004.608-24.0084.590-0.008 4-16.0002.048-16.0032.039-0.003 5-8.0000.512-8.0010.510-0.00160.0000.0000.0000.0000.00078.0000.5128.0010.5100.001816.0002.04816.0032.0390.003924.0004.60824.0084.5900.00832.0008.19232.0158.1610.0151140.00012.80040.02612.7550.026 P250.00020.00050.00020.0000.000从优化计算结果分析可以看节向发生了厘米级偏移，这样的偏移量不可，因此需要进分析。
将建始节位置，按纵向位移反号进行叠加，见式(4) &X!=X0-U x('i)(4)式中：：—迭代计算主缆节点纵向坐标；X。
—节向初始#U x(j)—次节向位移值。
2.4迭代式(4)求得新的节向 后，再由式(1)计算求节点竖向，从而获得更新后的节点建，采用的 求解程序进行求解。
获衡状态节，见表2。
从表2 分析，经过一次后的优化求解结果可以看节点的最大偏移量只有1mm，求解结果高的计算精度。
表2迭代优化结果主缆节点坐标表编号建后节向移X Y X YP-50.00020.000-50.00020.0000.000 1-39.97412.783-40.00012.7390.000 2-31.9858.184-32.0018.153-0.001 3-23.9924.605-24.0004.5860.000 4-15.9972.047-16.0002.0380.000 5-7.9990.512-8.0000.5100.000 60.0000.0000.0000.0000.000 77.9990.5128.0000.5100.000 815.9972.04716.0002.0380.000 923.9924.60524.0004.5860.000 1031.9858.18432.0018.1530.001 1139.97412.78340.00012.7390.000 P250.00020.00050.00020.0000.0002.5主缆无应力长度提取求解结束后找到了一组系列边界条和目小的设计变量，通过后处理更新节（UPC00RD，1)就可直接节值，的成形。
节点更新后的单元即为主缆的分段有应力索长&，同时可以单元总的弹.。
LinklO单元单元，其弹伸的计对始建的单元，即更新节的单元长度Z i。
因此主缆单元的分段无应力长度公式见式(5)。
#.i=#-L.(5)式中一主缆分索长；—一分段有索长；L i—一更新节点前主缆分段几何长度;.i!分。
3分析结果验证采用进找形分析，节向位置以跨比均设计要求。
采用分段弹性计节竖向，以 分索，求解后形的分析结果进对比，见表3。
表3优化找形结果验算表编解析求解求解对比差值号Y#0Y#0Y#0I P120.00020.0000.000112.73612.34212.73912.340-0.0030.00228.1499.2098.1539.208-0.0040.00034.5838.7474.5868.748-0.003-0.00142.0378.3852.0388.385-0.0010.00050.5098.1350.5108.135-0.001-0.00160.0008.0060.0008.0070.0000.00070.5098.0060.5108.007-0.0010.00082.0378.1352.0388.135-0.001-0.00194.5838.3854.5868.385-0.0030.000108.1498.7478.1538.748-0.004-0.001 1112.7369.20912.7399.208-0.0030.000e P220.00012.34220.00012.3400.0000.002从表3中，采用精确的弹对找形，对找形对比分析，可分索 有细微的差别，因此可以说明对索 进找形的，分136西部父通科技 Science & Technology基于ANS Y S索 化形计算法！索长几毫米的差别 为有限元计分段节 间用单元连接，而解析方法计 分段节 间为 ，这种差轴向 的增大 &(结语用ANSYS块对集中荷载作用下的悬索进行找形分析，是抛开了 形求解的理论解析公式进行计算分析，有限元计 台上独。