桥梁软件应用有限元简介
有限元分析及工程应用
1.3 ANSYS软件操作简介
（2）ANSYS的操作界面 6）信息输出窗口
显示ANSYS软件对已输入命令或已使用功能的响应信 息，包括用户使用命令的出错信息、警告信息、执行命令 的响应、注意事项以及其它信息。
在GUI方式下，用户可随时访问该窗口。 若用户对该窗口使用了关闭操作，则整个ANSYS系统 将会退出。
打开接触对管理器。
1.3 ANSYS软件操作简介
（2）ANSYS的操作界面 3）命令输入窗口 可以输入ANSYS的各种命令，也可以利用剪切(cut)和粘 贴(paste)操作。输入命令后，按“Enter”或“Return”可执 行该命令，用户也可以在输入窗口的历史记录区中，对某一 行的命令双击鼠标左键，就可以执行该命令。
如选择结构分析，则只有与结构分析相关的菜单或命令出 现，其它分析菜单或命令将被屏蔽。
1.3 ANSYS软件操作简介
（2）ANSYS的操作界面 7）主菜单(Main menu) Preprocessor：前处理器。它包含着建 模、划分网格和施加载荷等功能，也可 以通过执行命令“/PREP7”进入。 Solutoin：求解器。它包含着指定分析类 型和选项、施加载荷、载荷步设置以及求 解执行等功能。可通过执行命令 “/SOLU”进入。 General Postproc：通用后处理器。它包 含着结果数据的显示和列表等功能，可 通过执行命令“/POST1”进入。 TimeHist Postpro：时间历程后处理器。显示时间历程变量 阅览器，包含着变量的定义、列表和显示等功能，可执行 命令“/POST26”进入。
1.3 ANSYS软件操作简介
（2）ANSYS的操作界面 4）图形输出窗口 显示几何模型、网格、计算结
果、云图、等值线等图形。 ANSYS允许同时打开 5个窗口，
有限元法应用举例
核反应堆运行过程中涉及高温、 高压、高辐射等极端条件，热工 水力学分析是确保安全性的重要
环节。
有限元法可以对核反应堆的热工 水力学进行模拟，评估冷却剂流 动、热能传递、压力容器应力分
布等关键参数。
通过模拟分析，可以优化反应堆 设计，提高运行效率，降低事故
风险。
建筑物的能耗模拟与优化
建筑物的能耗是节能减排的重要领域，能耗模拟与优化有助于降低能源消耗和碳排 放。
况，为设备的电磁兼容性设计和优化提供依据。
通过有限元分析，可以评估设备的电磁辐射是否符合相关标准
03
和规定，以及优化设备的天线布局和结构设计等。
高压输电线路的电场分析
高压输电线路在运行过程中会 产生电场和磁场，其强度和分 布情况对环境和人类健康具有 一定影响。
有限元法可以用来分析高压输 电线路的电场分布情况，包括 电场强度的计算和分布规律的 分析等。
通过有限元分析，可以评估高 压输电线路对环境和人类健康 的影响，为线路的规划、设计 和优化提供依据。
07
有限元法应用举例：声学分析
消声室的声学设计
消声室是用于测试和测量声音的特殊 实验室，其内部环境需要极低的噪音 水平。
通过模拟和分析，可以确定最佳的吸 音材料和布局，以及最佳的隔音结构， 以达到最佳的消声效果。
有限元法应用举例
• 有限元法简介 • 有限元法应用领域 • 有限元法应用举例：结构分析 • 有限元法应用举例：流体动力学分析 • 有限元法应用举例：热传导分析 • 有限元法应用举例：电磁场分析 • 有限元法应用举例：声学分析
01
有限元法简介
定义与原理
定义
有限元法是一种数值分析方法，通过将复杂的物理系统离散 化为有限数量的简单单元（或称为元素），并建立数学模型 ，对每个单元进行单独分析，再综合所有单元的信息，得到 整个系统的行为。
常用桥梁计算软件的分析
常用桥梁计算软件的分析随着桥梁工程的不断发展，桥梁计算软件在工程设计中扮演着非常重要的角色。
它们能够进行桥梁结构计算、分析和设计，提高设计效率和准确度。
本文将对常用的桥梁计算软件进行分析。
1.SAP2000SAP2000是一款常用的桥梁计算软件，它具有强大的数据处理和计算能力。
它能够进行二维和三维桥梁结构的静力和动力分析，具有非线性分析功能，可以处理各种加载情况。
SAP2000使用直观的图形用户界面，使得使用者可以轻松创建和修改结构模型。
它还提供了多种材料和元素类型，可以根据不同的工程需求进行选择。
此外，SAP2000还有强大的后处理功能，可以生成高质量的结果报告和可视化。
2. Midas CivilMidas Civil是一款常用的桥梁计算软件，它采用有限元分析方法进行结构计算。
它能够进行静力和动力分析，并且可以分析不同材料的行为。
3. LUSAS BridgeLUSAS Bridge是一款专注于桥梁工程的计算软件。
它能够进行静力和动力分析，并提供了丰富的材料和截面库。
它还具有强大的后处理功能，可以生成详细的结果报告和可视化。
LUSAS Bridge使用直观的用户界面，易于使用。
它还提供了高级功能，如烈度-频率分析、随机振动分析和地震反应分析，可以用于特殊的桥梁设计。
4. RM BridgeRM Bridge是一款由Bentley公司开发的专业桥梁计算软件。
它具有强大的静力和动力分析能力，可以进行复杂的桥梁结构计算。
它还提供了多种材料和截面库，可以满足不同的设计需求。
总结：以上只是对常用的桥梁计算软件进行了简要的分析。
无论是SAP2000、Midas Civil、LUSAS Bridge还是RM Bridge，它们都具有强大的桥梁分析和设计功能，能够满足不同的工程需求。
在实际应用中，选择合适的软件取决于具体的设计要求、工程规模和个人偏好。
桥梁的ansys有限元分析
（一）研究背景桥梁在一个国家的交通运输和经济发展中占有十分重要的位置 ,而桥梁桁架结构是保证桥梁安全运营的重要手段。
随着技术的发展，桥梁桁架结构己经发展成为桥梁领域中必不可少的专用结构，桥梁桁架结构更是代表了桥梁的主流发展方向，具有广阔的市场前景。
木文的研究对象为桥梁桁架结构，采用有限元法对该车结构进行了有限元分析。
（二）研究目的本文认真研究了桥梁的结构组成和工作原理，对桥梁各组成部件进行了合理的模型处理和简化，利用有限元分析软件ANSYS的APDL语言，建立了各部件的有限元参数化模型。
按照真实情况采用合理的方式模拟各部件间的连接关系，将各部件组成一个整体。
通过以上工作建立了桥梁的有限元分析模型，对桥梁桁架结构进行静力学分析，分析桥梁桁架结构在静态情况下的位移变形，应力应变分布，为桥梁桁架结构的设计与制造提供理论依据。
（三）有限元分析过程1.定义材料属性，包括密度、弹性模量、泊松比。
点击主菜单中的"Preprocessor'Material Props >Mat erialModels” ,弹出窗口,逐级双击右框中“Structural、Linear\ Elastic\ Isotropic n前图标，弹出下一级对话框，在"弹性模量” （EX）文本框中输入:2. Oell ,在“泊松比” （PRXY）文本框中输入：0. 3,如图所示，点击“0K”按钮，同理点击Density输入7850即为密度。
A define Material Model BehaviorMaterial Edit Favorite HelpA Linear I&otropic Properties for P/aterhl Number 1Linear Isotropic Ifaterial Propertiesfor Kat erial NuiTber 1T1Terrperatures |0 EX PRX7|o.3Add Temper attire | Delete TeiuperatureGraphOKdree] |HebA Define Material Model Behavior Matenal Edit Favorite Help2. 定义单元属性，包括单元类型、单元编号、实常数。
应用有限元分析工程实例
结构稳定性分析
总结词
结构稳定性分析研究结构在各种载荷作用下的失稳临界状态，包括屈曲、后屈曲和流动 等。
详细描述
结构稳定性分析是评估结构在各种载荷作用下的稳定性的关键环节。通过结构稳定性分 析，可以确定结构的失稳临界点，预测结构的极限承载能力。在进行结构稳定性分析时， 需要考虑结构的形状、支撑条件、材料属性和外部载荷等因素，以准确评估结构的稳定
局限性
有限元分析需要耗费大量的计算资源 和时间，对于大规模系统可能存在计 算效率低下的问题，同时对于某些复 杂问题可能需要建立较为精细的模型， 导致计算成本增加。
有限元分析的应用领域
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工程结构分析
广泛应用于机械、航空、土木 、交通等领域，用于分析结构 的强度、刚度、稳定性等。
流体动力学分析
工程实例应具有实际应用价值，能够为相关领域提 供参考和借鉴。
难度适中
工程实例的难度应适中，既不过于复杂也不过于简 单，能够保证分析过程的完整性和可靠性。
工程实例背景介绍
工程实例名称：某桥梁工程
工程背景：该桥梁位于高速公路上，是连接两个城市的交通要道。桥梁全长1000 米，主跨为300米，设计载荷为公路一级。由于该桥跨越峡谷，主跨跨度较大， 因此需要进行详细的有限元分析来确保结构安全。
工程实例问题描述
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问题一
该桥梁在承受载荷时，各部分的应力分布情况如何？
问题二
该桥梁在不同载荷下的变形情况如何？
问题三
该桥梁的稳定性如何？
03
有限元模型的建立
模型建立的原则与步骤
模型建立的原则
真实反映实际结构、合理划分网 格、选择合适的边界条件和载荷 。
第二章--桥梁结构有限元法及可视化软件的开发1
第二章–桥梁结构有限元法及可视化软件的开发在桥梁建设中，结构的安全性和稳定性至关重要。
有限元分析是一种常用的方法，可以在建设桥梁之前模拟结构，确保其能够承受负载和抵御自然灾害的影响。
近年来，有限元分析的计算机程序已经逐渐普及，为桥梁设计建设提供了更多的支持。
本章主要讨论有限元分析和可视化软件开发。
在这个过程中，我们将介绍有限元方法的原理和应用。
此外，我们还将讨论如何构建可视化软件以更好地利用有限元分析模型。
有限元方法有限元法（FEM）是一种以数值分析为基础的工程方法，它用于模拟和分析结构物的特定已知条件下的行为。
在建筑领域中，有限元法可以用于确定建筑物的荷载和应力行为，并预测可能的结构问题。
有限元法可以在电子计算机上运行，因此可以更高效地执行，以便进行必要的计算。
有限元方法的原理有限元法的主要思想是将结构物分成许多非常小的部分（称为有限元），然后对每个部分进行数学建模。
这些部分是以三角形或四边形等多边形的形式定义的，每个部分都通过数学函数来描述。
用于建立每个元素的适当数学函数被称为形状函数。
在有限元模型的计算过程中，结构物被看作是由有限元素组成的系统。
对于每个有限元素，可以在该元素中定义一个节点来表示该元素的端点。
在此过程中，可以对节点应用各种荷载或约束条件。
有限元法的主要应用之一是为桥梁建设创建模型。
在桥梁模型中，各种因素（如重量、温度、荷载等）被定义为荷载，并将它们应用于系统中的各个节点。
通过运行模拟，可以预测结构物的应力行为、变形等方面。
有限元模型的应用有限元法的应用主要分为两类：静态和动态。
在静态有限元分析中，考虑结构静态变形和结构的响应，这些分析可以进行结构设计优化和结构的安全性分析。
在动态有限元分析中，考虑结构在特定时间因素下如何受力变形以及如何应对自然灾害等情况。
有限元分析的准确性取决于多方面的因素，如模型的准确性、荷载的准确性、边界条件的准确性等。
在实际应用中，有限元分析应仔细检查这些因素的质量，以确保得到准确的结果。
桥梁结构分析的有限元原理及其程序简介
故
e FEe = K E Rδ e
其中 R 为坐标变换矩阵。 若 e 号单元内还作用有跨间荷载以及给定的温 度分布，它们在局部坐标系下的单元等效结点荷载 分别记为 Pqe 和 PTe ，则
e e FE = ΚE Rδe − Pqe − Pte
以上即杆系结构有限元法的基本计算过程。
1.2 有限元软件简介
1.2有限元软件简介
与通用有限元的区别
ANSYS MIDAS/CIVIL
前处理 单元、材料、边界、荷载
前处理 单元、材料、边界、荷载、施工过程、 预应力、收缩徐变等 求解 静力、动力、稳定等 后处理 显示、列表、时程等 设计验算 基于规范的荷载组合、 设计验算
求解 静力、动力、稳定等
后处理 显示、列表、时程等
1. 桥梁结构分析的内容
• （1）桥梁一般是分阶段逐步施工完成的，结构最终受力 状态往往与施工过程有着很大的关系，因而结构分析必须 按实际的施工过程和结构形成的过程逐阶段进行分析，并 且能够自动累加各阶段的内力和位移等。 （2）计算成桥后在二期恒载，支座不均匀沉降、混凝土 长期收缩、徐变效应、温度变化等作用下的内力和位移。 （3）计算各种活载引起的内力和位移，包括影响线或影 响面的计算以及对它们进行纵向、横向的加载等。 （4）计算各种偶然荷载(加地震)等引起的内力和位移。 （5）按规范对上述各种荷载引起的内力和位移进行组 合，得出最不利的组合情况。 （6）按规范进行强度、刚度、抗裂性、稳定性以及动力 性能验算。
2.2 桥梁结构分析的施工过程及体系转换 • 比如，同为三跨连续梁，在合拢的先后顺 序上，先合拢边跨还是中跨对结构成桥内 力是有影响的； • 有时为了获得良好的成桥线形或内力，可 以在施工中采取一些辅助措施。
利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应
利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应桥梁作为承载道路交通的重要组成部分，其结构的稳定性和安全性对于保障交通运输的顺畅至关重要。
在桥梁的设计和施工过程中，为了确保其在受到外力作用时的动力响应满足要求，有限元方法成为了一种常用的工具。
本篇文章将介绍如何利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应。
有限元方法是一种求解结构力学问题的数值分析方法，它将连续体划分为有限个小区域，然后通过对这些小区域的力学性能进行数值计算，得到整个结构的力学特性。
在分析桥梁结构的动力响应时，有限元方法可以考虑各种因素，如自然频率、振型形状、振动模式等，以评估结构的稳定性及抗震性能。
首先，我们需要建立桥梁结构的有限元模型。
在建模过程中，需要考虑桥梁的几何形状、材料特性以及边界条件等。
通常情况下，桥梁可以近似看作是一个三维结构，可以通过虚拟节点和单元网格的方式来划分为有限个小区域。
然后，根据桥梁结构的材料特性和边界条件，对每个小区域进行力学特性的计算和参数设定。
接下来，通过将结构的受力平衡和运动方程转化为矩阵形式，可以得到有限元模型的运动方程。
这里的运动方程可以描述桥梁在受到外力作用时的振动情况。
运动方程的求解通常使用数值计算方法，如有限差分法或有限元法。
利用这些方法，我们可以得到桥梁结构的动力响应，如自然频率和振型等信息。
在进行动力响应分析时，我们可以对桥梁结构施加不同类型和大小的载荷，模拟实际使用情况下的动力作用。
通过分析桥梁结构在不同频率下的响应，可以评估结构的稳定性和安全性。
在实际工程中，这些信息对于桥梁的设计、施工和维护具有重要意义。
除了动力响应分析，有限元方法还可以用于桥梁结构的优化设计。
通过对不同结构参数的变化进行分析，可以找到使桥梁结构在特定工况下具有最优性能的设计方案。
这种优化设计方法可以提高桥梁结构的抗震性能、减小结构的振动响应，从而保障桥梁的安全可靠性。
总之，利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应是一种重要的工程方法。
有限元分析软件MIDAS在桥梁工程课程设彰教学中的应用
毕业设计 打下坚 实的基 础。 ２ ． Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ 软 件 在 桥 梁 工 程 课 程 设 计 中 的实 践 。
、
现 有桥梁工程课程设计教 学 中存在 的主要 问
题
１ ． 现 有的课 程设计 方法与工程实践脱节 。在现代 桥梁结构设计 中 ，大型 的有限元 分析软件逐步取代 了 手工计算 和设计 。常用的桥梁有 限元软件有 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 、 ＭＳ Ｃ 、 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ 等一 系列软件 ，这些 软件 以其 强 大 的数 值、 分析运算 功能 、 生动形象 的图像 处理能力 ， 代替 了
传统方式下用笔和纸进行 的设计操作 。现有的设计课 程 中用笔 、纸完成桥梁工程课程设计的传统教学方式 与时代脱节 ， 大量应用电算技术成为一种时 尚。 有限元 软件应用的辅助教学方式既为设计类课 程教学带来 了 新的气象 ， 同时也对教学工作产生 了巨大 冲击 ， 其对 于 桥梁工程课程设计辅助教学 的重要性越发 突出。 ２ ． 对 于设计成果是 否符合 要求缺乏判断 。现有 的
一
１ ． Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ 软件引入桥梁 在课 程设
计 中引入ＭＩ Ｄ Ａ Ｓ 作 为设计工具 ， 同时采用手算对 承载 能 力进行 复核 ， 让学 生通过做 课程设 计 ， 了解实 际工 程结 构设 计 的基本程序和掌握 结构设计 的方法 ， 并且 通过设计 结构 的优化 ，真 正达到基本训练 的 目的 ， 为
总结了一下MIDAS软件
总结了一下MIDAS软件2021-11-2800:05:50|分类：软件|举报|字号订阅Midas系列软件是基于有限元理论的分析和设计软件。
早在1989年，浦项制铁集团就成立了CAD/CAE研发机构，并开始开发Midas系列软件。
信息技术有限公司于2000年9月正式成立。
目前，MIDAS系列软件包括建筑（Gen）、桥梁（民用）、岩土隧道（GTS）、机械（MEC）、地基（SDS）、有限元网格生成（FX+）等多种软件。
midas系列软件发展及功能简介一、midas/gen简介1．发展历程Midas/Gen——建筑结构通用有限元分析与设计软件1989年韩国浦项制铁集团(posco)研发机构开始开发，1996年发布windows版本2000年，我们进入国际市场（中国、美国、加拿大、日本、印度、台湾、中国等）2002年midas/gen完全中文化，并加入2002年新结构规范2021年1月通过建设部评估鉴定2022年11月，它与荷兰和TNODIANA建立了战略联盟，以加强技术领域的合作。
2022年底，在中国，中国建筑工程研究院建筑技术公司、北京研究所、广东研究所、广东研究所等数百家设计、施工、科研院所参与了中国的各种土木工程领域。
上海建工、东北电力学院、东南电网、浙江精工、清华大学、同济大学、东南大学等高校科研机构成为Midas的用户。
对国内外近万个实际大中型工程项目进行了优秀的分析和设计。
2．成功案例：1）上海齐中国际网球中心：中国第一个开放式和封闭式屋顶，上海建筑设计研究院有限公司2)奥运会主体育场（鸟巢）：钢结构优化设计，中国建筑设计研究院3)国家游泳中心（水立方项目）：中建国际设计顾问公司4)北京国际机场扩建：北京建筑设计院5)广东佛山体育馆：广东省建筑设计院6）大连国际贸易中心：大连建筑设计院（超高：348m）7）北京电视台：（北京院-巨型钢框架柱桁架支撑结构体系）8）江苏利港煤仓：东北电力设计院（特殊结构：高50m，直径40m）9）成功应用于2002年韩日世界杯8座体育场馆和5000多个大中型实用项目3。
有限元软件
有限元软件有限元软件是一类用于解决工程问题的计算机辅助工具，通常被应用于结构分析、热传导、流体力学等领域。
有限元软件采用了有限元分析方法，将复杂的结构或系统分割成有限数量的简单单元，通过对这些单元进行数值计算，得到整体系统的行为和性能。
有限元分析方法有限元分析方法是将一个复杂的问题分解为无数个小的单元，每个单元都是一个简单的几何形状，如三角形、四边形、立方体等。
这些单元通过节点连接起来，形成一个整体结构。
通过对每个单元进行力学计算，最终得到整个结构的力学特性。
有限元软件的应用有限元软件广泛应用于工程领域的各个方面，例如：•结构分析：用于模拟建筑、桥梁、飞机等结构的力学性能。
•热传导分析：用于预测物体在不同温度条件下的热传导效果。
•流体力学分析：用于模拟流体在管道、飞机机翼等结构中的流动情况。
•振动分析：用于研究结构在振动作用下的响应和稳定性。
有限元软件通过数学模型和计算方法，可以在计算机上快速、准确地模拟各种不同条件下的工程问题，为工程设计、分析和优化提供了重要的支持。
主要有限元软件目前市面上有很多种不同的有限元软件，常用的有限元软件有：•ANSYS：是一款功能强大的有限元分析软件，广泛应用于工程领域的各个方面。
•ABAQUS：是一款专业的有限元分析软件，适用于复杂结构和多物理场耦合分析。
•Nastran：是一款传统的有限元分析软件，被广泛用于航空航天领域。
以上软件都具有易用性好、计算准确、功能强大等特点，是工程师们解决复杂问题的得力工具。
结语有限元软件是现代工程领域不可或缺的工具，通过数值分析方法，可以快速准确地模拟工程问题的复杂情况，为工程设计和优化提供技术支持。
希望随着科技的不断发展，有限元软件能够更加智能化、高效化，为工程师们的工作带来更大的便利和进步。
简支梁有限元计算solidworks
简支梁有限元计算solidworks简支梁是一种常见的结构，在工程领域中广泛应用于桥梁、建筑物和机械设备等。
有限元法是一种常用的工程计算方法，可以用于对简支梁进行力学分析和结构设计。
在SolidWorks软件中，有限元分析模块可以对简支梁进行有限元计算。
该软件提供了一系列的工具和功能，使得用户可以方便地进行结构分析和优化设计。
我们需要在SolidWorks中创建简支梁的几何模型。
可以通过绘制线条、创建实体或导入外部文件等方式来构建几何模型。
在建模过程中，需要考虑梁的材料性质、截面形状和边界条件等因素。
接下来，我们可以利用SolidWorks提供的有限元分析模块对简支梁进行力学分析。
该模块可以将几何模型划分为小的有限元单元，并在每个单元内计算应力和位移等参数。
通过求解线性方程组，可以得到整个结构的力学响应。
在进行有限元计算之前，需要设置材料参数、加载条件和求解器选项等。
SolidWorks提供了多种材料模型，可以根据实际需要选择合适的材料模型。
加载条件包括外力、约束和初始条件等，可以根据实际工况进行设置。
求解器选项包括求解方法、收敛准则和迭代次数等，可以根据计算需求进行调整。
完成设置后，可以进行有限元计算。
SolidWorks会自动划分网格、求解方程组并输出计算结果。
计算结果包括应力分布、位移分布和反应力等信息，可以用于评估结构的性能和安全性。
除了基本的力学分析，SolidWorks还提供了其他功能，如模态分析、热力学分析和优化设计等。
模态分析可以用于计算简支梁的固有频率和振型，从而评估结构的动力特性。
热力学分析可以用于计算简支梁的温度分布和热应力，从而评估结构在高温环境下的性能。
优化设计可以用于改善结构的性能和减少材料的使用量。
简支梁有限元计算是一种常用的工程计算方法，可以用于对简支梁进行力学分析和结构设计。
SolidWorks软件提供了强大的有限元分析功能，可以方便地进行计算和优化。
通过合理设置材料参数、加载条件和求解器选项等，可以得到准确可靠的计算结果，并为结构设计提供重要的参考依据。
有限元分析在桥梁结构中的应用
6
3、有限元的应用领域
医学中的生物力学
有限元法在牙体修复研究领域
航天航空领域
机械制造和设计
环境 能源 气象 土建（道桥隧、工民建、水利）
……
2019/2/5 7
4、有限元的学术领域
结构（静力、动力学、运动力学、冲击动力学）
流体力学 电和磁
机械 航天航空 军工
2019/2/5
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桥梁有限元软件开发关键技术与应用
桥梁有限元软件开发关键技术与应用桥梁有限元软件开发啊，就像是在给桥梁搭建一个超级智能的大脑。
这个大脑可不得了，得把桥梁的各种情况都算得明明白白的。
你想啊，桥梁就像一个巨人，有的站在山谷之间，有的横跨江河湖海。
那有限元软件呢，就是要把这个巨人的每一寸“肌肤”、每一块“骨骼”都搞清楚。
它得像一个超级侦探，不放过任何一个细节，从桥墩到桥面，从钢筋到混凝土，统统都要调查得仔仔细细。
开发这个软件的关键技术就像是魔法咒语。
比如说结构离散化，这就像是把巨人切成无数个小方块，每个小方块都有自己的特性，然后再把它们重新组合起来，就像拼一个超级巨大又复杂的拼图，只要一块拼错了，整个桥梁的“健康状况”就可能被误诊。
还有材料本构模型，这就好比是给桥梁的“肌肉”和“骨骼”确定性格。
是强硬的像钢铁侠的盔甲，还是有点弹性的像超级英雄的紧身衣，都得靠这个技术来定义。
要是弄错了，那桥梁在面对风雨雷电的时候，就可能像个弱不禁风的小娃娃，一吹就倒。
在应用方面，这个软件就像一个无所不能的桥梁医生。
它可以提前预测桥梁在各种情况下的表现。
如果有一辆超重的大卡车要过桥，软件就能像个预言家一样，告诉我们桥梁会不会被压得“喊疼”。
它也可以在桥梁建成后长期监测，就像一个忠诚的保镖，时刻守护着桥梁的安全。
有时候，开发过程中的错误就像调皮的小妖怪。
可能一个小小的代码错误，就会让整个软件的计算结果像喝醉了酒的人走路一样歪歪扭扭。
所以开发人员就得像英勇的除妖师，一个一个把这些错误找出来，消灭掉。
而且这个软件还得与时俱进，就像时尚潮流一样。
随着新的桥梁结构和材料不断出现，软件也要像换衣服一样更新自己的功能，不然就会被淘汰，变成一个老古董，只能被放在科技的角落里落灰。
桥梁有限元软件开发是一个充满挑战又超级有趣的事情。
它把科学、技术和工程完美地融合在一起，就像一场盛大的科技狂欢派对，而我们就是这个派对上努力让一切变得更精彩的舞者。
它的存在让桥梁的建设和维护变得更加科学、高效，就像给桥梁这个巨人注入了永远不会消失的活力。
《有限元分析概述》课件
如何生成适合于有限元分析的网格，并优 化网格结构。
如何进行杆件的有限元分析，包括轴力、 弯曲和扭转。
3 二维和三维模型的分析
4 不同单元的选择及其特点
如何进行二维和三维模型的有限元分析， 包括平面应力、平面应变和轴对称。
不同类型的有限元单元的选择和应用，以 及它们的特点和限制。
有限元分析软件
ANSYS
有限元分析的应用领域
工程结构分析
有限元分析广泛应用于工程领域，包括建筑、桥梁、船舶、管线等结构的设计和分析。
汽车、航空航天、机械等领域应用
有限元分析在汽车、航空航天、机械等行业中被广泛应用于产品设计和优化。
地震、爆炸等自然灾害分析
有限元分析可以用于模拟和预测地震、爆炸等自然灾害对结构的影响，进而提高结构的抗震 和防爆性能。
COMSOL Multiphysics是一款多物理场耦合的 有限元分析软件，适用于多领域的工程分析。
有限元分析的未来发展
1 超级计算机的运用 2 多物理场耦合
随着计算机性能的提升， 有限元分析可以应用于 更大规模、更复杂的问 题。
有限元分析将更多的物 理场耦合在一起，进行 更全面的分析。
3 计算效率的提高
有限元分析的基本流程
1
，将结构进行建模。
2
离散
将结构分割成小的、简单的单元。
3
材料定义
定义每个单元的材料性质和力学行为。
4
载荷约束条件
对结构施加边界条件和加载条件。
5
求解
通过数值计算方法求解结构的行为特性。
有限元分析的相关问题
1 网格生成及其优化
2 杆件的分析
随着算法和计算技术的 进步，有限元分析的计 算效率将得到提高。
ANSYS有限元软件在桥梁工程中的应用
以 成K ‘二 其中K; 和K 表 凝土 写 ,' P"。 ' j 示混 单元和 钢 束 元的 单 刚度矩阵， 和‘表示混凝土单元和钢束 ai 单 位 元的 移参数向 尸 和P" 表 量， : 示混凝土单元和钢
束单元的单元节点荷载向量。由于混凝土单元和预
AE a
( 1)
式中:F 表示张拉力 ; A 表示钢束的面积 ， 表示 E 钢束的弹性模量， 表示钢束的线膨胀率， 而负号表示 降温荷载。
2 模板与支架的模拟
张法混凝土梁时 ， 张拉预应力钢束后 ， 梁身会有 部分脱离模板。在 ANSYS 中可 以用两种方法来模 拟模板的作用。一种是用接触分析: 这种方法属于 第三类非线性问题— 状态非线性 ， 求解时极耗机
引言
ANSYS 是世界著名的有限元分析软件。ANSYS 为用户提供了100 多种单元， 具有完善的前后处理功 能， 可以方便地进行有限单元的网格划分。它的功能 能够满足有限元分析中的大部分需要， 被广泛应用于 电子技术、 核工业、 铁道、 石油化工、 航空航天、 机械制 造、 能源、 汽车交通、 国防军工、 电子、 土木工程、 造船、 生物医学、 轻工、 地矿、 水利、 用家电等行业的科学 日 研究， 前中国高校在科学研究方面应用最广泛的 是目 通用有限元软件。但是作为通用的有限元软件， 它在 桥梁工程等专业应用方面存在较大的不足。 随着计算机技术的高速发展， 桥梁的计算问题绝 大多数已采用有限元计算软件完成。但是， 前国内 目 的桥梁计算软件的核心程序都是以平面杆系程序为 基础的， 造成在计算桥梁空间问题时有很大的限制。 此外国内的大部分桥梁计算软件的前处理功能不强， 造成桥梁建模不便。加之开发桥梁有限元分析程序 需要投人大量的人力、 物力， 开发周期长， 程序代码的 重用率低、 不易维护， 这些已不能满足桥梁工程技术 J 决速发展的要求。 针对上述问题， 本文采用 ANSYS 的二次开发等 技术对一些常见的桥梁问题进行求解， 为今后 ANSYS 在桥梁工程中的广泛应用奠定了良好的基础， 同时也 为研制和开发大型桥梁空间分析软件提供了一条新
桥梁有限元软件开发关键技术与应用
桥梁有限元软件开发关键技术与应用桥梁有限元软件开发，这听起来就像是一群超级聪明的魔法师在数字世界里搭建桥梁。
你想啊，就好比在一个充满代码小精灵的魔法森林里，要让这些小精灵乖乖听话，按照工程师们的想法去构建出一个虚拟的桥梁世界。
这个软件开发就像是一场超级复杂的拼图游戏。
每一块代码都是拼图的小碎片，但是这些碎片可不是普通的拼图碎片哦，它们更像是有自己小脾气的魔法碎片。
有时候你觉得这块代码碎片应该放在这儿，就像你觉得那块红色的拼图应该放在角落一样，可它偏不，它会给你搞出各种小意外，就像调皮的小怪兽在捣乱。
关键技术呢，就像是这个拼图游戏的秘籍。
比如说算法，那可是秘籍中的秘籍。
它就像一把神奇的钥匙，可以打开正确组合代码碎片的大门。
如果算法不对，就好比你拿错了钥匙，对着锁眼捅半天，门就是不开，代码这个调皮的小家伙就会乱成一团，就像一群无头苍蝇在数字空间里嗡嗡乱飞。
再说到应用，这就像是把在魔法森林里搭建好的数字桥梁搬到现实世界里去展示。
想象一下，这个软件构建的桥梁模型就像一个超级明星，要在现实这个大舞台上亮相。
它得经受住各种考验，就像明星要接受粉丝和媒体的各种审视一样。
如果软件构建的桥梁在模拟中出现问题，那就好比明星在舞台上摔了个大跟头，那可就尴尬大了。
在开发过程中，调试代码就像是给一群不听话的小宠物梳理毛发。
你得一根一根地捋顺，找出那些打结的地方，也就是代码中的错误。
这些错误有时候藏得可深了，就像小宠物躲在角落里不让你找到一样，你得费尽心思，用各种工具和技巧把它们揪出来。
而软件的界面设计呢，就像是给这个数字桥梁穿上漂亮的衣服。
不能太花哨，不然就像给桥梁穿上了奇装异服，让人看着眼花缭乱；也不能太朴素，不然就像桥梁只穿着破布烂衫，毫无吸引力。
要恰到好处，就像给一个优雅的女士挑选合适的晚礼服一样。
还有数据处理，这就像是给桥梁准备的营养餐。
数据要是不准确或者不完整，就像给桥梁吃了变质的食物，它怎么能健康地在模拟世界里站得住脚呢？只有把数据这个营养配餐弄得妥妥当当，桥梁才能茁壮成长，在软件的世界里稳稳当当。
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…………(3)
vm 4 5xm6ym
1 xi D 1 xj
1 xm
yi yj 2A ym
1 xi D 1 xj
1 xm
yi yj 2A ym
1
1 D
ui uj um
xi xj xm
电磁学
计
算 技
纯粹数值 技术
前、后处理技术的 高度智能化和与 CAD的集成化
术
2.2 有限元法的基本思路及其求解步骤
经典的解析法
从连续体的微分方程入手，寻求满足微分方程和定解条件的 适合全域的解析解，一旦得到解析解，就可知道域内任意点的解
大多数问题，特别是实际问题
很难甚至无法用解析法得到问题的解析解
寻
在整个求解域上满足控制方程
找
在边界上满足边界条件的场函数
很困难
有
单元
限
元
有限元法
模
节点
型
2.2 有限元法的基本思路及其求解步骤
有限元法基本思路
以节点位移为未知量，通过 求解力的平衡方程获得节点 位移，然后按单元计算应力
1
抛 弃
寻找一个满足整个求解域的场函数的思路
2 把求解域划分成有限个四边形
单元
4 外载荷处理
将外载荷（体力、面力等）等效移植到节点上。
2.2 有限元法的基本思路及其求解步骤
5 建立节点上的力平衡方程
按照有限元法的统一格式，形成如下形式的以节点位移为未知量的
代数方程组
KF
(2.1)
K 由各个单元的刚度矩阵组装成的总体刚度矩阵
待求的节点位移列阵
F 按节点编号顺序形成的节点载荷列阵
位移函数（单元位移模式），即用单元节点位移来描述单元
位移。
单元位移函数的合理与否，直接关系到有限元分析
的计算精度、效率和收敛性。通常取为多项式形式
2.2 有限元法的基本思路及其求解步骤
3 单元特性分析
（1）依照应变与位移之间的几何关系，根据所选择的单元位移函数，建立 单元应变与单元节点位移之间的关系式。据此式，在求出节点位移后，可 以求得单元应变。 （2）依照物理关系（胡克定律），建立单元应力与单元节点位移之间的关 系式。据此式，在求出节点位移后，可以求得单元应力。 （3）根据虚位移原理或最小势能原理，建立单元刚度方程，即单元节点力 与单元节点位移之间的关系式。此步骤核心是计算单元刚度矩阵。
2.4 算例
单元位移函数选用坐标x和y
y
vm
的一次多项式
m
um
u v 1 4 25xx 36yy… … … … (1)
1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 待定系数
o
uuij
12xi 3yi 12xj 3yj
…………(2)
um 12xm3ym
vi
i
ui
vj
j典型三角形单元来自uj xvvij
6 处理边界条件、解算节点位移
按照实际位移边界条件，对式(2.1)进行整理，解之，可得 单元节点位移。
有了节点位移，即可根据单元特性分析中建立的关系式，求应力、应变、内力等。 后处理：对所选应力、应变等，以彩色云图或图表的形式显示计算结果。
2.3 有限元程序的结构简介
对一个题目或一个实际工程问题进行有限元分析，大体上 分3个主要步骤
求解器
有限元程序的核心部分
主要完成有限元模型的力学计算，即根据前处理形成的有限元计 算数据，完成以下工作：
计算单元刚度矩阵
计算节点载荷
组装总体刚度矩阵
将载荷等效简化到节点上
形成总体有限元平衡方程
求解节点位移
计算应力、应变、内力等
2.3 有限元程序的结构简介
后处理
可视化的方式分析、观察计算结果
根据计算者的要求对计算结果进行检查、分析、整理、打印输出等 进行数据检索 响应量合成 绘制变形图、应力图、应变图、曲线图等
多尺度问题
20世纪70年代国外
商品化有限元软件
St.Venant扭转 问题的近似解
平面应力问题解答
几何非线性：因几何 变形引起结构刚度改
变 材料非线性：弹性（ 超弹和多线性弹性） 、粘弹性、非弹性 状态非线性：接触问
题
2.1 有限元法发展简况
固体力学
学
力学计算
计
科
算
应
用
流体力学 传热学
结构优化
功 能
有限元建模
有限元求解
计算结果分 析与整理
前处理
程
求解器
序 结
构
后处理
2.3 有限元程序的结构简介
前处理
几何模型的建立
有
确定材料参数和载荷
限
元
定义约束条件
建
模
网格剖分
形成有限元分析所需用的有限元计算数据
可视化 有限元模型 前处理中，可以用图形显示所建立的几何模型、单元网格、约束条件等
2.3 有限元程序的结构简介
计算者进行有限元分析的工作量主要体 现在前处理和后处理方面
2.4 算例
2.4.1 平面三角形常应变单元
▪1. 单元位移函数
任意区域三角形单元网 格剖分示意图
单元内任意点(x,y)的位移
y
vm
m
um
vi
i
ui
vj
j
o
典型三角形单元
uj x
u、v 坐标x和y的函数
建立单元位移函数 通过插值方法建立，即用单元的节点位移来表示单元内任意点的 位移
第二章 结构分析的有限元法
2.1 有限元法发展简况
1943 Courant
利用定义在三角形区 域上的分片连续函数
和最小位能原理
应用数学家、物 理学家、工程师
有限元法的研究
1960 Tumer、Clough
现代有限元法
第一次成功尝试
飞机结构 分析
第一次用三角形单元
提出了有限单 元法的名称
各种非线性问题 多物理场耦合问题
4 5xi 6yi 4 5xj 6yj
…………(3)
vm 4 5xm6ym
未知量 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6
求解(2)(3)得到 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6
2.4 算例
uuij
12xi 3yi 12xj 3yj
…………(2)
um 12xm3ym
vvij
4 5xi 6yi 4 5xj 6yj
3 对每一个单元通过插值的方法，用其节点上的位移建立该单元的
位移函数
每个单元都有与其对应的位移函数表达式
4 用全部单元域之和代替整个求解域，用全部单元的位移函数之和 代替满足整个求解域的位移函数
5
对单元进行力学特性分析，建立单元节点力与单元节点位移的关 系，并将结构的外载荷等效移植到节点上，再在节点上建立力的
平衡方程，求解后得到节点上的位移，继而得到各个单元的应力
2.2 有限元法的基本思路及其求解步骤
有限元法求解步骤
1 离散化 将结构（求解域）划分为有限个单元，让全部单元的集合与 原结构近似等价 划分单元时，二者在几何形体上越逼近越
好，特别是在位移和应力急剧变化的地方
2 选择单元位移函数
在有限元法中，需要用单元节点位移通过插值方法建立单元