平面桁架有限元分析及程序设计

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桁架的有限元分析w

桁架的有限元分析问题：已知模型由轨座，桁架以及垫块三个部分组成。

载荷为186吨，加载与距中间400mm 处的轨座上。

材料为Q345钢，密度为33/108.7m kg ⨯，弹性模量为5102⨯MPa ，泊松比为0.3，摩擦系数为0.05。

要求对模型使用ANSYS 进行有限元分析，分析其安全性。

问题分析：模型是对称的，可以简化模型，用模型的四分之一进行ANSYS 有限元分析，可以减少计算量。

需要在两个剖面处施加对称约束，从而保证中间部分不发生位移。

垫块的底部需要添加一个全约束以防止刚体位移。

图1为简化的模型。

图1 模型建模以及运算1将模型导入将所给的模型文件dggl.sat 导入到ANSYS 中，补充完整模型，即添加垫块。

再将模型分割，得到简化后的模型，即图1。

2 划分网格将轨座和桁架分割成规整的方体，使用映射网格来将轨座和桁架划分成六面体网格，可以得到比较规整的网格。

使用扫掠划分将垫块划分成六面体网格，网格大小设定为15mm。

划分结果如图2。

图2 网格化分3 设置单元类型对于实体模型分析，我们可选用8节点SOLID185单元。

整个分析过程有关于非线性接触的问题，所以要设置接触对单元类型。

选择TARGET170和CONTACT174单元。

4接触对创建使用设置接触对向导Contact Manager来设置。

设置轨座下表面和垫块上表面作为接触面，桁架为两接触面所对应的目标面。

其中轨座与桁架的接触对需设置成绑定接触，以防止发生滑移。

创建的接触对如图3所示。

图3 接触对的创建图4 边界条件5 添加约束施加约束，要在整体模型的中间部分施加对称约束以及对垫块施加全约束，从而保证无刚体位移。

如图4所示。

6 添加载荷选择距YOZ平面400毫米处的线，加集中载荷力为1860KN，方向为竖直向下，即Y的负向。

加载结果如图5所示。

图5 添加集中力载荷7 设置材料参数和载荷步在Material Models中，设置弹性模量EX为2e5(单位为兆帕)，泊松比PRXY 为0.3；材料的密度Density为7.8e-9（单位为千克每立方毫米）；摩擦系数Friction coefficient为0.05。

结构力学5平面桁架讲解课件

桁架在动力荷载作用下的响应
瞬态响应
当桁架受到突然施加的动荷载时，它会表现出瞬态响应。这种响应通常包括一个短暂的过渡过程，随后达到一个稳定的振动状态。
频域响应
在周期性动荷载作用下，桁架会表现出频域响应。通过频域分析，可以研究桁架在不同频率下的振动行为，并确定其振幅和相位响应。
阻尼效应
高效的经济性
平面桁架能以较少的材料用量承受较大的荷载，具有较高的经济性。
平面桁架的应用场景
桥梁工程
在桥梁工程中，平面桁架常被用作桥面板的支撑结构，能提供稳
定的支撑和承载能力。
建筑工程
在建筑工程中，平面桁架常被用于楼层和屋盖的承重结构，以及建筑物的支撑体系。
机械工程
平面桁架也被广泛应用于机械工程领域，如起重机的梁架、设备的支架等，其优良的受力性能使其在这些场景中发挥重要作用。
桁架内力计算：轴力、剪力与弯矩
轴力计算
轴力是杆件沿轴线方向的拉力或压力。通过截面法可以得到杆件的轴力分布情况。根据杆件的轴力和截面积，可以进一步计算杆件的应力状态，以评估其承载能力。
剪力计算
剪力是杆件横截面上的切向力。通过截面法可以得到杆件的剪力分布情况。剪力的大小和方向决定了杆件的剪切变形和剪切应力，对于桁架的剪切稳定性分析至关重要。
05 平面桁架的数值模拟与实验验证
基于有限元的数值模拟方法
有限元法基本原理
有限元法将连续体离散为一系列小单元，通过节点连接，利用变分原理建立节点力与位移的关系，进而求解整个结构的响应。
线性弹性有限元法
对于线弹性材料，采用线性弹性有限元法，通过刚度矩阵和载荷向量的组装，求解节点位移。
非线性有限元法
02 平面桁架的静力学分析

第9章桁架和梁的有限元分析

第9章桁架和梁的有限元分析第1节基本知识一、桁架和梁的有限元分析概要1．桁架杆系的有限元分析概要桁架杆系系统的有限元分析问题是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑的屋顶、机械的机架及各类空间网架结构等多种场合。

桁架结构的特点是，所有杆件仅承受轴向力，所有载荷集中作用于节点上。

由于桁架结构具有自然离散的特点，因此可以将其每一根杆件视为一个单元，各杆件之间的交点视为一个节点。

2．梁的有限元分析概要梁的有限元分析问题也是是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑、机械、汽车、工程机械、冶金等多种场合。

梁结构的特点是，梁的横截面均一致，可承受轴向、切向、弯矩等载荷。

根据梁的特点，等截面的梁在进行有限元分析时，需要定义梁的截面形状和尺寸，用创建的直线代替梁，在划分网格结束后，可以显示其实际形状。

二、桁架和梁的常用单元桁架和梁常用的单元类型和用途见表９-1。

通过对桁架和梁进行有限元分析，可得到其在各个方向的位移、应力并可得到应力、位移动画等结果。

第2节桁架的有限元分析实例一、案例1——2D 桁架的有限元分析图9-1 人字形屋架的示意图问题人字形屋架的几何尺寸如图9-1所示。

杆件截面尺寸为0.01m 2，试进行静力分析，对人字形屋架进行静力分析，给出变形图和各点的位移及轴向力、轴力图。

条件人字形屋架两端固定，弹性模量为2.0×1011 N/m 2，泊松比为0.3。

解题过程制定分析方案。

材料弹性材料，结构静力分析，属2D 桁架的静力分析问题，选用Link1单元。

建立坐标系及各节点定义如图9-1所示，边界条件为1点和5点固定，6、7、8点各受1000 N 的力作用。

1．ANSYS 分析开始准备工作（1）清空数据库并开始一个新的分析选取Utility>Menu>File>Clear & Start New ，弹出Clears database and Start New 对话框，单击OK 按钮，弹出Verify 对话框，单击OK 按钮完成清空数据库。

弹性力学与有限元分析第二章-平面桁架有限元分析及程序设计

x
由单元①的刚度方程：
Fj
①
k
① ji
i
①
k
① jj
j
①
k
① ji
2
k
① jj
1
由单元③的刚度方程：
Fj
③
k
③ ji
i
③
k
③ jj
j
③
k
③ ji
3
k
③ jj
1
§2.3 结点平衡与整体刚度矩阵的集成
代入结点1的平衡条件:
k
l
xi
)
(dx j
dxi
)
(
yj
l
yi )
(dy j
dyi )
(dx j dxi ) (dy j dyi )
cos sin
由于杆件的变形产生位移：
ui dxi vi dyi
u j dxj v j dy j
因此，杆件应变为：
dl l
l
(ui
uj)
l
(vi
vj)
杆件轴力为：
(2k1 k2 )v4 P
结构的整体刚度系数
v4
P 2k1
k2
12 3
l2 l1 l1
4 P
N1
N1y
cos
k1v4
cos
k1P
(2k1 k2 ) cos
N2
k2v4
k2P 2k1 k2
位移法求解超静定结构。
§2.1 平面桁架单元的离散
结构的离散化：尽量将结构离散成数量最少的等截面直杆单元
kki③ ③jii
ki③j
k
③ jj
3 3 3 3
§2.3 结点平衡与整体刚度矩阵的集成

基于ANSYS的平面桁架有限元分析.

PREP7 !* ET,1,LINK180 !* R,1,10, ,0 !* !* MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2.0e6 MPDATA,PRXY,1,,0.3 WPSTYLE,,,,,,,,0 WPSTYLE,,,,,,,,1 WPSTYLE,,,,,,,,0 WPSTYLE,,,,,,,,1 FLST,3,1,8 FITEM,3,0,0,0 N, ,P51X FLST,3,1,8 FITEM,3,30,0,0 N, ,P51X FLST,3,1,8 FITEM,3,0,30,0 N, ,P51X FLST,3,1,8 FITEM,3,30,30,0 N, ,P51X FLST,3,1,8 FITEM,3,60,30,0
5
数值解与解析解的比较与分析
求出了平面桁架的数值解与解析解，现将两者的结果进行列表对比
数值解与解析解的比较与分析
表2 整体坐标系下各节点的位移(in)
节点解析解
U1x 0 0
U1y 0 0
U2x -0.0029 -0.002925
U2y -0.0085 -0.0084404
U3x 0 0
U3y 0 0
基于AN限元分析
平面桁架是工程中常见的结构，本文基于ANSYS平台对平面桁架进行有限元分析。首先通过有限元法的理论知识求得平面桁架在一定工况下的理论值，然后利用ANSYS进行分析得到数值解，最后通过比较理论解与数值解得出结论。利用ANSYS对平面桁架进行有限元分析，可以提取其他分析结果，对深入研究平面桁架问题提供了强有力手段，也对其他结构问题的有限元分析具有指导性意义与价值。
数值解与解析解的比较与分析
表4 单元①的内力与正应力（lb）

有限单元法电子课件(桁架)-PPT精选文档

0 1 0 0 0 0 P 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 K 33 K 34 K 43 K 44 0 0 K 63 K 64
图3 单元形函数（线性）示意图
平面桁架（Trusses）有限元分析（2）
2、单元应变
u ( u u ) / l [] B {} d x i j e e, x
--- 几何矩阵 [] B [1 / l / l ] e 1 e
3、单元应力
EE [ B ] { d } [ C ] { d }其中E为弹性模量, [C]=E[B] --- 应力矩阵
单元的结点位移
x
i
j
ux ( ) [ N ] { d } e
图2 局部坐标系中的杆单元
N1 N2
u i [ N ] [ N , { d } i N j] e u j
x x N 1 , N i j le le
形函数（shape function）
1 1
le
1 x 2
▲ 有限元法的要点
●
将连续体（结构）离散为若干子区域
子区域由结点连接为等效的组合体
●
杆系结构
每个单元内假设场变量为多项式(系数不同）用分区域连续场函数近似全区域的连续场函数
无穷自由度问题转化为有限自由度问题
●
利用变分原理得到离散场变量的大代数方程组将微分方程边值问题转化为代数方程来求解
连续体
绪论
x x e e
4、单元刚度矩阵
le Fjle EAe Fl i e EAe
单元的结点力
{ F } [ k] { d } e

平面桁架有限元C#编程

1题目结构如图所示：杆的弹性模量E 为200000Mpa ，横截面面积A 为3250mm 2。

图 1 桁架示意图2实验材料PC 机一台，Microsoft Visual Studio 软件，Ansys 软件。

3实验原理（1）桁架结构特点桁架结构中的桁架指的是桁架梁，是格一种梁式结构。

桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。

由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。

结构上由光滑铰链连接，载荷只作用于节点处，只约束线位移，各杆只有轴向拉伸和压缩。

（2）平面桁架有限元分析1、单元分析局部坐标系中的干单元如图所示：图 2 局部坐标系中的杆单元以下公式描述了整体位移和局部位移之间的关系：U=Tu 其中U=[ U ix U iy U jx U jy ]，T=[cos θ−sin θ00sin θcos θ0000cos θ−sin θ00sin θcos θ],u=[u ix u iy u jx u jy ]U 和u 分别代表整体坐标系和局部坐标系XY 系和局部坐标系xy 下节点i 和节点j 的位移。

T 是变形从局部坐标转换到整体坐标系下的变换阵，类似的局部力和整体力也有以下关系：F=Tf其中F=[ F ixF iy F jx F jy ] ，是整体坐标系下施加在节点i 和j 上的力的分量而且f=[ f ix f iy f jx f jy ]，代表局部坐标系下施加在节点i和j上的分量。

在假设的二力杆条件下，杆只能沿着局部坐标系的x方向变形，内力也总是沿着局部坐标系x的方向，因此将y方向的位移设置为0，局部坐标系下内力和位移通过刚度矩阵有如下关系：[f ixf iyf jxf jy]=|k0−k00000−k0k00000|=[U ixU iyU jxU jy]这里k=k eq=AE/L，写成矩阵形式有：f=Ku将f和u替换成F和U有：T-1F=KT-1U将方程两边乘以T得到：F=TKT-1U其中T-1是变换矩阵T的逆矩阵，替换方程中的TKT-1和U矩阵的值，相乘后得到：[F ixF iy F jx F jy]= k[cos2θsinθcosθ−cos2θ−sinθcosθsinθcosθsin2θ−sinθcosθ−sin2θ−cos2θ−sinθcosθcos2θsinθcosθ−sinθcosθ−sin2θsinθcosθsin2θ][U ixU iyU jxU jy]上述方程代表了施加外力、单元刚度矩阵和任意单元节点的整体位移之间的关系。

平面桁架结构的有限元分析

平面桁架结构的有限元分析平面桁架结构是一种经常在建筑和工程领域中使用的结构形式。

它由直杆组成，连接在节点上，形成一个稳定的平面结构。

平面桁架结构的设计和分析需要使用有限元分析方法来确定结构的受力状态和稳定性。

本文将介绍平面桁架结构的有限元分析方法，包括模型建立、加载条件、应力和变形分析等。

首先，建立平面桁架结构的有限元模型。

模型应包括杆件和节点两个基本元素。

杆件是结构的主要受力元素，节点是杆件的连接点。

通过连接节点和杆件，可以构建起整个桁架结构。

在有限元模型中，每个节点被赋予一个坐标，每个杆件的长度和截面积也需要定义。

通过这些信息，可以建立结构的有限元模型。

加载条件是进行有限元分析的第二个关键步骤。

加载条件包括结构所承受的外部力和约束条件。

外部力是指作用于结构上的力，包括重力、风力、地震力等。

约束条件是指限制结构自由运动的条件，例如固定节点或滑动支座等。

在有限元分析中，将这些加载条件应用到有限元模型中，以模拟真实结构的受力情况。

然后进行应力和变形分析。

在有限元分析中，结构的应力分布和变形情况可以通过求解有限元方程来得到。

有限元方程是由结构的力平衡和材料的应力-应变关系所组成的方程组。

通过求解有限元方程，可以计算出结构中每个节点的应力和变形情况。

这些结果可以用来评估结构的安全性和稳定性。

在进行有限元分析时，需要注意一些细节。

首先，选择合适的材料模型和参数。

不同的材料具有不同的力学特性，例如弹性模量、屈服强度等。

选择适当的材料模型和参数，以获得准确的分析结果。

其次，进行网格划分和单元类型选择。

将结构划分为小单元，并选择适当的单元类型，以确保每个单元的形状和大小适合结构的几何形状。

最后，进行后处理和结果分析。

得到应力和变形结果后，可以进行结果的可视化和分析，以评估结构的性能。

总之，平面桁架结构的有限元分析是一种有效的工具，可以用于评估结构的受力状态和稳定性。

通过合适的模型建立、加载条件选择以及应力和变形分析等步骤，可以得到准确的分析结果，为结构的设计和优化提供有力支持。

平面桁架的有限元法

Kz=Table[0, {i, 2nj}, {j,2nj}]; “开总刚度矩阵, nj 总节点数” ；
For[e=1, e<=ne, e++, For[i=1, i<=2, i++,
ke T ke T rans“p生os成e[T单] ;刚,变坐标系” ；
For[ii=1, ii<=2, ii++, r =2(i-1)+ii; rr=2(jm[[e, i+1]]-1)+ii；
b
ui i vi
o
x
xi 0, xj b
ui 1 0 0 0a1
vi
u j
v j
0 1 0
0 b 0
1 0 1
0 0 b
aa32 a4
ui 1 0 0 0a1
vi
u j
v j
0 1 0
0 b 0
1 0 1
0 0 b
aa32 a4
{ e} [ Ab ]{a}
解线性代数方程组，得
代入 {a} [ Ab ]1{ e}
{ f } [Hs ]{a}
{ f得}21 [Hs ]24[ Ab ]414{ e}41
a1
u 1
v
0
x 0
0 1
0 x
aa32
a4
{f
}21
[N
f
]24{
}e 41
节点位移与单元内位移的关
系
{ f } [N f ]{ e}
{ e} [T ]{ e}
[T
]
t 0
0
t
[t]1 [t]T [T ]1 [T ]T
[T ]{Re} [k ]{ e}

平面桁架程序计算原理及程序编制

求解方法
力法：以力未知数，必须预先满足平衡条件，然后通过连续条件求解未知力；超静定基的选取。位移法：以位移为未知数，各杆件的变形由相连接的节点位移确定（变形协调条件），通过各个节点的平衡方程求出未知位移，再由位移计算出各杆件的内力；各节点的平衡方程也可由最小总势能原理推导。
以平面桁架结构分析的程序设计为例，介绍结构分析和程序设计的方法。
最小总势能原理与位移法都是以位移为未知数使变形状态预先满足连续条件。现对上述例题采用最小总势能原理进行求解。
• 总势能由两部分组成
➢结构的弹性应变能 U ➢外力由于结构变位所产生的势能 V
由于桁架结构的杆件只能承受拉压力，所以单根杆件的应变能为
U EF(L)2 / L 2
对于整个桁架应变能是所有杆件应变能的叠加，即
v u
1 2
w 4 v 2
现对各位移变量分别取偏微商后，得
E a Fg1212u1212v1u20P E a Fg 212u 1 1212 v100 P
E a Fg u10 1212 u2212v2 P
E a Fg00212u21212v2P
注：值得指出的是刚度矩阵中的系数只与结构本身的几何形态和约束条件有关，而与外载无关。
4
3
平面桁架结构
将 U 和 V 相加，得到总势能。
由于V 是位移的一次函数，总势能就成为位移的二次非齐次函数。
根据最小总势能原理，在所有可能的位移状态中，真正发生的位移状态使总势能为最小。即函数对自变量的偏微商为零，即
式中
(UV)0 (i1,2,3,4) wi
w1 u1
W
w2 w3
5-1 矩阵位移法
• 桁架是由离散杆件组成的构架结构，杆件的端点借助于无摩擦的铰连接起来。

简单平面桁架的稳定性及极限承载基于有限元的几何非线性分析

￣ＩｉＩＩＩＩＩ，杆件处于平衡状态，￣Ｉｉ１８兀＝０，由此得到ｌｌ＝０，即
＝
ｆ（ ” ）班一Ｐ喀）班。
（１１）
（１２）
状态时，总势能的一阶变分为零，或此体系的总势能为驻值。这就是势能驻值
原理。
曰髓四圈
建筑理论与设计
简单平面桁架的稳定性及极限承载基于有限元的几何非线性分析
王国权张宝勤
北京市住宅建筑设计研究院有限公司中国电子工程设计院
摘要：本文首先介绍了分析压杆稳定的线性有限单元，然后引入对几何非线性问题的一般讨论，提出了结构的切线刚度矩阵。最后介绍了求解几何非线性方程的牛顿—— 拉斐逊法，应用此方法通过编程分析得出简单桁架荷载一位移曲线。
一
横向荷载所作的功＝ｆＥｑ（）主ｑ（）］＝ｑｆｇ（）（ｘ）＝ｑ（９）
虚位移是满足体系支承约束条件下的一个微小位移变化，是实际位移的阶变分，因此虚应变能８ｕ就是实际应变能的一阶变分，一８Ｗｅ就是实际外
（Ｕ — ｗ）＝Ｏ（３１
（１０）
力势能（一Ｗｅ）的一阶变分，简写为一８Ｗｅ。故式（ｈ）可以写成：８（ｕ＋ｖ）：８即８ｌＩ：０，式中 Ⅱ＝ｕ＋Ｖ＝ｕ — Ｗ为体系具有的总势能。当体系处于在平衡

有限元分析(桁架结构)

有限元上机分析报告~学院：机械工程专业及班级：机械设计及其自动化08级7班姓名：***学号：题目编号： 2》1.题目概况结构组成和基本数据结构：该结构为一个六根杆组成的桁架结构，其中四根杆组成了直径为800cm的正方形，其他两根杆的两节点为四边形的四个角。

材料：该六根杆截面面积均为100cm2，材料均为Q235，弹性模量为200GPa，对于直径或厚度大于100mm的截面其强度设计值为190Mpa。

载荷：结构的左上和左下角被铰接固定，限制了其在平面内x和y方向的位移，右上角受到大小为2000KN的集中载荷。

结构的整体状况如下图所示：分析任务】该分析的任务是对该结构的静强度进行校核分析以验算该结构否满足强度要求。

2.模型建立物理模型简化及其分析由于该结构为桁架结构，故认为每根杆件只会沿着轴线进行拉压，而不会发生弯曲和扭转等变形。

结构中每根杆为铰接连接，有集中载荷作用于最上方的杆和最右方杆的铰接点。

单元选择及其分析由于该结构的杆可以认为是只受拉压的杆件，故可以使用LINK180单元，该单元是有着广泛工程应用的杆单元，它可以用来模拟桁架、缆索、连杆、弹簧等等。

这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动。

就像铰接结构一样，不承受弯矩。

输入的数据有：两个节点、横截面面积（AREA）、单位长度的质量(ADDMAS)及材料属性。

输出有：单元节点位移、节点的应力应变等等。

由此可见，LINK180单元适用于该结构的分析。

模型建立及网格划分(（1）启动Ansys软件，选择Preferences→Structural，即将其他非结构菜单过滤掉。

（2）选择单元类型：选择Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete→Add，在出现的对话框中选择Link→3d finit stn 180，即LINK180，点击“OK”（3）选择实常数：选择Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete→Add，在出现的对话框中的Cross-sectional area中输入100，点击“OK”。

有限元原理结构矩阵分析(平面桁架平面应力) 变分

（５）单元刚度矩阵的物理意义和特点
设平面桁架单元在总体坐标系中刚度矩阵的一般形式为
由（2-1-8），当单元结点位移为{1 0 0 0 }T时，在单元各结点上施加的力刚好为单元刚度矩阵中的第一列：{k11k21k31k41}T。对[k]的其他各列也可做出类似的解释。即单元刚度矩阵的每一列相当于一组特定位移下的结点力，如表2-1所示。由图2-4可以获得更为直观的理解。
它们将作为程序的输入数据（几何参数）。
每个结点有两个自由度，对结点１、２、３分别为
若暂时不考虑支承约束条件，整个结构的结点自由度为
3、单元分析（建立结点力与结点位移之间的关系）
取一个一般性的单元，设它的两个结点在结构中的编号为i, j（单元内部的结点序号）。由材料力学可知，杆的轴向刚度为EA/L。其中Ｌ为杆的长度：
单元结点自由度{u}＝{uiviujvj}T
结点给单元的力{r}＝{piqipjqj}T
在图2-3中，x’轴与x轴的夹角为α
结点的位移分量的坐标变换为
单元的位移分量的坐标变换为
或缩写为
类似，{r’}与{r}之间的转换关系为
由于
是正交矩阵，因此
也是正交矩阵。所以有
将（2-1-4）、（2-1-5）代入（2-1-2）有
为了描述结构的平衡需要建立一个坐标系，称为总体坐标系，以区别于以后出现的“局部坐标系”。总体坐标系的选择原则上不受限制，但希望使用方便。本节所选的总体坐标系示于图２－２，坐标原点与结点１重合。以u, v分别表示沿x, y方向的位移分量，p, q分别表示力沿x, y轴的力分量（投影）。
在总体坐标系中各结点的坐标为：
对结点１：
对结点２：
对结点３；
可以合并成
式（2-1-14）的右边为外载荷和支反力。左边则为单元给结点的力，它们是未知的，但可以借助单元刚度矩阵以结点位移来表示。

基于ANSYS分析的平面桁架结构优化设计

Ｉｖｓｉａｉｎｏｔｔ・ｆｔ・ｒｆｆｒ・ｅｉｔｎｃｅｉｎｆｒｃｎｒｔｔｕｔｒｓｎｅｔｇｔｏｎｓａｅｏ－ｈｅａｔｏｉｅｒｓｓａｅｄｓｇｏｏｃ研究的努力方向。
火灾作为一种多发的灾害，对人们的生命及财产造成惨重的
３３混凝土结构抗火设计方法的研究．
设想混凝土结构的抗火设计可从两个途径进行研究：）１把火损失。建筑火灾对混凝土结构造成一定的损伤甚至整体的破坏。建立混凝土结构的抗火设计方法，灾的高温作用等效为一种荷载，结构上的其他荷载（与恒载、活研究混凝土结构的抗火性能，理应成为混凝载、风载、地震作用等）一起参与荷载效应组合，概率极限状态建立抗火混凝土结构的损伤评估及修复加固方法，按土结构研究的一项重要任务。建立我国的混凝土结构抗火设计设计方法进行设计，即建立考虑火灾高温作用的统一的结构设计
ＮＳＳ优化分析的基本概念计相比，优化设计可以使土建工程降低造价５％～３％。２００世纪２有关ＡＹ
６０年代以来，随着计算机计算能力的不断提高，们把有限元分人和成熟的方法，使得结构优化的技术得到了更快的发展。ＡＹＮＳＳ优化分析中包括的基本概念有设计变量、状态变量、１设计变量是作为自变量，过改变设计变量的数值来实现）通析的方法和各种数学规划方法相结合，逐步发展成为一种系统目标函数、并分析文件等。文中以六杆平面桁架为例，利用ＡＮＹＳＳ的优化分析功能对结果的优化，设计变量的上下限决定了设计变量的变化范围。坏可能引起结构的连续倒塌和整体破坏。研究火灾高温下，同加固。目前，不对现有建筑结构加固方法的研究非常活跃，充分研借助已有的加固方法和手段，应结构的性能变化规律；研究火灾高温下，结构连续倒塌和整体破究混凝土结构的火灾损伤特点，坏的机理，是结构抗火研究的主要内容。

2D四杆桁架结构的有限元分析实例学习资料

2D四杆桁架结构的有限元分析实例实例：2D四杆桁架结构的有限元分析学习有限元方法的一个最佳途径，就是在充分掌握基本概念的基础上亲自编写有限元分析程序，这就需要一个良好的编程环境或平台。

MATLAB软件就是这样一个平台，它以功能强大、编程逻辑直观、使用方便见长。

将提供有限元分析中主要单元完整的MATLAB程序，并给出详细的说明。

1D杆单元的有限元分析MATLAB程序(Bar1D2Node)最简单的线性杆单元的程序应该包括单元刚度矩阵、单元组装、单元应力等几个基本计算程序。

下面给出编写的线性杆单元的四个MATLAB函数。

Bar1D2Node _Stiffness(E,A,L)该函数计算单元的刚度矩阵，输入弹性模量E，横截面积A和长度L，输出单元刚度矩阵k(2×2)。

Bar1D2Node _Assembly(KK,k,i,j)该函数进行单元刚度矩阵的组装，输入单元刚度矩阵k，单元的节点编号i、j，输出整体刚度矩阵KK。

Bar1D2Node _Stress(k,u,A)该函数计算单元的应力，输入单元刚度矩阵k、单元的位移列阵u(2×1)以及横截面积A计算单元应力矢量，输出单元应力stress。

Bar1D2Node_Force(k,u)收集于网络，如有侵权请联系管理员删除该函数计算单元节点力矢量，输入单元刚度矩阵k和单元的位移列阵u(2×1)，输出2×1的单元节点力矢量forces。

基于1D杆单元的有限元分析的基本公式，写出具体实现以上每个函数的MATLAB程序如下。

%%%%%%%%%%% Bar1D2Node %% begin %%%%%%%%%function k=Bar1D2Node_Stiffness(E, A, L)%该函数计算单元的刚度矩阵%输入弹性模量E，横截面积A和长度L%输出单元刚度矩阵k(2×2)%---------------------------------------k=[E*A/L -E*A/L; -E*A/L E*A/L];%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%function z=Bar1D2Node_Assembly(KK,k,i,j)%该函数进行单元刚度矩阵的组装%输入单元刚度矩阵k，单元的节点编号i、j%输出整体刚度矩阵KK%-----------------------------------DOF(1)=i;DOF(2)=j;for n1=1:2for n2=1:2收集于网络，如有侵权请联系管理员删除KK(DOF(n1), DOF(n2))= KK(DOF(n1), DOF(n2))+k(n1, n2);endendz=KK;%------------------------------------------------------------function stress=Bar1D2Node_Stress(k, u, A)%该函数计算单元的应力%输入单元刚度矩阵k, 单元的位移列阵u(2×1)%输入横截面积A计算单元应力矢量%输出单元应力stress%-----------------------------------stress=k*u/A;%-----------------------------------------------------------%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%function forces=Bar1D2Node_Force(k, u)%该函数计算单元节点力矢量%输入单元刚度矩阵k和单元的位移列阵u(2×1)%输出2×1的单元节点力分量forces%-----------------------------------------forces=k*u;%%%%%%%%%%% Bar1D2Node %% end %%%%%%%%%收集于网络，如有侵权请联系管理员删除【四杆桁架结构的有限元分析—数学推导】如图所示的结构，各杆的弹性模量和横截面积都为E=29.54×10N/mm2,A=100mm 2，试求解该结构的节点位移、单元应力以及支反力。

平面桁架ANSYS有限元法分析实例

2. 前处理（1）定义单位
从第二章可知，ANSYS中单位可以不定义，但建模时一定要保证单位的一致。
已知：各杆的弹性模量E=2.0×105MPa，各杆截面均为A=0.5cm2，杆13长为100cm，载荷P=2KN，试求平面桁架的内力和位移。
本题采用单位m-kg-s-N较简便，建模过程中的所有参数都选用m-kg-s-N，相应计算结果应力为Pa。
改为国际单位制：各杆的弹性模量E=2.0×1011Pa，各杆截面均为A=0.5e-4m2，杆13长为1m，载荷 P=2000N。
（2）定义单元类型
单元类型
特点
结点数结点自由度
适用
LINK1 LINK8 LINK10
二维杆单元，只承受轴向的拉压力，不考虑弯矩
三维杆单元，具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。
平面桁架ANSYS有限元法分析实例
例3-1 设平面三角结构的桁架123如图3-4所示。已知：各杆的弹性模量 E=2.0×105MPa，各杆截面均为 A=0.5cm2，杆13长为100cm，载荷P=2KN，试求平面桁架的内力和位移。
解：传统分析方法
设杆12、杆23和杆13的内力分别为N1、N2和N3。在总体坐标系 x-y（或U-V）中，由力的平衡方程可以得到结点的内力值。
3.求解（1）施加约束
• 本例中，点1为固定支座，点3为活动支座。 • 在节点1上，约束UX、UY； • 在节点3上，约束UY。
• 在节点1上，约束UX、UY，如图； • 在节点3上，约束UY。
（2）施加载荷
选节点2，按图示完成；
•apply-，选FY，输入-2000，OK。施加载荷后，结果如图
仅受拉或受压的三维杆单元，具有应力刚化和大变形功能。