相贯节点桁架网格结构的受力特性与有限元分析模型
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。
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。
表９-1 桁架和梁常用结构实体单元列表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V erify 对话框，单击OK 按钮完成清空数据库。
桁架结构的有限元法
桁架结构的有限元法杆单元单元坐标系下的单元平衡方程为 1111i i j j u U EA u U l -⎧⎫⎧⎫⎡⎤=⎨⎬⎨⎬⎢⎥-⎣⎦⎩⎭⎩⎭(1)或[]{}{}e e e K q P = (2)在桁架结构分析中，将整个桁架所在的坐标系叫做总体坐标系。
杆单元的平衡方程(2)是在单元坐标系中建立的，而在桁架结构分析时，需要建立总体坐标系下的单元平衡方程。
它可以由式(2)经坐标变换得到。
1. 节点位移变换图1.考虑图1所示的情况。
设杆单元的节点i 在单元坐标系下的位移为i u ，在总体坐标系下的位移为{,}T i i u v 。
由于杆的轴向位移i u 是总体位移{,}T i i u v 在杆轴向的分量，因此i u 可以用{,}T i i u v 表示为0[]cos sin [cos sin ]i i i i i T u u u v v θθθθ⎧⎫=+=⎨⎬⎩⎭(3)这里应注意，总体位移{,}T i i u v 与轴向位移i u 并不等效，因为总体位移还可能存在垂直于轴向的分量，只是这里不考虑而已。
于是，单元坐标系下的节点位移可写成[]cos sin 00{}[]{}00cos sin i i i e ej j T j u u v q T q u u v θθθθ⎧⎫⎪⎪⎧⎫⎡⎤⎪⎪===⎨⎬⎨⎬⎢⎥⎣⎦⎩⎭⎪⎪⎪⎪⎩⎭(4)式中，[]T 为坐标转换矩阵。
2. 节点力变换图2.与位移不同的是，杆的轴向力U 和总体系下的力{,}T U V 是等价的（如图2所示），因此有0cos []sin TU U U T U V θθ⎧⎫⎧⎫==⎨⎬⎨⎬⎩⎭⎩⎭ (5)故有cos 0sin 0{}[]{}0cos 0sin i i i e T e j j j U U V P T P U U V θθθθ⎧⎫⎡⎤⎪⎪⎢⎥⎧⎫⎪⎪⎢⎥===⎨⎬⎨⎬⎢⎥⎩⎭⎪⎪⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎩⎭ (6)3. 总体坐标系下的单元平衡方程将式(4)代入式(2)，可得[][]{}{}e e e K T q P =上式两端同左乘以[]T T ，并结合式(6)可得[][][][]{}{}e T e e e K T K T q P =(7)上式即为总体坐标系下的单元平衡方程。
桁架结构的受力分析与计算
桁架结构的受力分析与计算桁架结构是一种由各种杆件连接而成的稳定结构，被广泛应用于建筑、桥梁、航天器等领域。
在设计和建造桁架结构时，受力分析和计算是至关重要的步骤。
本文将介绍桁架结构的受力分析方法，并给出相应的计算步骤。
一、桁架结构的受力分析桁架结构由杆件和节点组成，杆件通常是直线段或曲线段，节点是连接杆件的固定点。
在受力分析中，需要确定每个节点和杆件的受力情况。
1. 节点的受力分析节点是桁架结构中的重要连接点，它承受着来自相邻杆件的受力。
对于单个节点，可以利用力平衡原理来进行受力分析。
首先，在水平方向上，所有受力要素的水平分力之和应等于零；其次，在竖直方向上，所有受力要素的竖直分力之和也应等于零。
通过解这两个方程，可以求得节点的受力。
2. 杆件的受力分析杆件是桁架结构中起支撑作用的构件，它们承受着来自外力和节点的受力。
在受力分析中，需要确定每个杆件的受力大小和方向。
根据静力平衡原理，杆件上的受力要满足力的平衡条件，即合力为零。
可以利用力的合成和分解的原理来进行受力分析，将受力分解为水平方向和竖直方向的分力。
通过解这些方程，可以求得杆件的受力。
二、桁架结构的受力计算在桁架结构的受力计算中，需要根据受力分析的结果来进行具体的计算。
主要涉及到以下几个方面。
1. 材料的选择和强度计算桁架结构中的杆件通常采用钢材、铝材等材料制作。
在进行强度计算时，需要考虑材料的强度和安全系数。
根据结构所受力的种类（拉力、压力或剪力），选择适当的强度计算公式和安全系数。
2. 荷载的计算桁架结构在使用过程中会承受各种形式的荷载，如静荷载、动荷载、地震荷载等。
荷载的计算是桁架结构设计的重要一环。
需要根据设计要求和建筑规范，合理计算各种荷载的大小和作用方向，以确定结构的强度和稳定性。
3. 结构的稳定性计算桁架结构在承受荷载作用时，需要保持结构的稳定性，避免产生倾覆和失稳等安全隐患。
在进行结构的稳定性计算时，需要考虑结构的整体平衡和节段局部稳定性问题。
钢-混凝土组合桁架节点受力性能试验研究和有限元分析的开题报告
钢-混凝土组合桁架节点受力性能试验研究和有限元分析的开题报告一、研究背景和意义：钢-混凝土组合结构是近年来兴起的一种新型结构体系，具有承载力强、刚度大、耐久性好等优点，被广泛应用于建筑工程领域。
其中，钢-混凝土组合桁架是一种常见的组合结构体系。
它由混凝土构件（一般为混凝土支座或垫层）与钢构件（一般为钢桁架）组合而成。
其结构形式较为灵活，可以根据建筑设计的需要进行设计和加工，并且该结构可以充分利用两种材料的优势，使结构体系的承载能力得到提高。
然而，由于钢-混凝土组合结构具有结构形式复杂、连接节点受力分布不均匀、受力性能难以直接测量等特点，使其在实际工程中应用时存在一定的风险。
因此，对钢-混凝土组合桁架节点的受力性能进行深入研究，对保证钢-混凝土组合结构的安全性、可靠性和耐久性具有重要意义。
二、研究内容：本文将重点研究钢-混凝土组合桁架节点的受力性能。
具体包括以下内容：1、钢-混凝土组合桁架节点的结构形式和受力特点，包括节点的构造类型、受力模式及其特点等方面的分析；2、针对不同节点受力模式，进行试验研究，获取节点的受力性能数据，这些数据包括节点的应力-应变特性、承载能力、滞回性质等；3、采用有限元分析法对钢-混凝土组合桁架节点的受力性能进行模拟分析，验证试验结果的可靠性。
三、研究方法和步骤：1、文献查阅：从国内外期刊、会议论文和专利数据库中查阅相关的钢-混凝土组合结构的研究成果和应用案例；2、试验研究：通过设计并加工出不同类型的钢-混凝土组合桁架节点试件，进行受力试验，并对试验数据进行分析和处理；3、有限元分析：采用现有的有限元软件对钢-混凝土组合桁架节点进行数值模拟，并与试验结果进行比对和验证。
四、预期研究结果：1、深刻理解钢-混凝土组合桁架节点在不同的受力情况下的受力规律和特点；2、获得节点在承载能力、滞回性质、衔接刚度等方面的性能参数；3、对试验结果进行可靠性验证，提高钢-混凝土组合桁架结构的设计和应用水平。
桁架有限元理论
桁架有限元理论知识空间杆系有限元法是计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种平面形状、不同边界条件的网架，静力荷载、地震作用、温度应力等工况均可计算。
空间钢架结构，有15个未知函数，6个应力分量，分别为xx σ、yy σ、zz σ、xy σ、yz σ、zx σ；6个应变分量，分别为xx ε、yy ε、zz ε、xy ε、yz ε、zx ε；3个位移分量u 、v 、w 。
这15个未知函数满足15个基本方程，分别为3个平衡微分方程、6个几何方程和6个物理方程，以及受力边界条件及位移边界条件[6]。
图1为桁架结构水平段一侧局部示意图。
其中，①为上弦材，②和④为纵梁，③为下弦材，⑤为斜材。
此结构为4个节点和5个单元的钢架结构。
对此桁架任意方向上的杆件离散化，选择单元⑤进行分析。
桁架问题一般需要两个坐标系进行描述，即整图2 自动扶梯桁架结构水平段一侧局部示意图结构分析中为方便杆端力和位移的叠加，应采用统一坐标系，即结构整体坐标xyz 。
这样需对局部坐标系下的单元刚度矩阵进行坐标转换。
体坐标系和局部坐标系，选择固定的整体坐标系XY ：1）描述了每个节点的位置，使用角度标记θ记录每个（单元）的方向；2）施加约束及载荷；3）表示问题的解，即在整体方向上的每个节点的位移。
同时，还需要一个局部的单元坐标系来描述各个杆件（单元）的受力情况。
如图3所示为局部坐标系与整体坐标系之间的关系[7]。
图3 整体坐标系与局部坐标系关系图整体位移（在节点i 的U iX ，U iY 和在节点j 的U jX 和U jY ）和局部位移（在节点i 的u ix ，u iy 和在节点j 的u jx 和u jy ）之间的关系为：θθθθθθθθcos sin sin cos cos sin sin cos jy jx iY jy jx jX iy ix iY iy ix iX u u U u u U u u U u u U +=-=+=-= (1)将方程(1)转化为矩阵形式为：TU U = (2)其中：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=jy jx iy ix jY jX iY iX u u u u u T U U U U U ,cos sin 00sin cos 0000cos sin 00sin cos ,θθθθθθθθ U 和u 分别代表整体坐标系XY 和局部坐标系xy 下节点i 和节点j 的位移。
2D四杆桁架结构的有限元分析实例
2D四杆桁架结构的有限元分析实例2D四杆桁架结构是一种常见的结构形式，广泛应用于工程领域。
在进行结构设计和分析时，有限元分析是一种常用的方法，可以对结构进行力学性能和应力分布的分析。
下面将以一个具体的例子来介绍2D四杆桁架结构的有限元分析。
```A*/\/\/\*-------*BC```该桁架结构由四根杆件构成，材料为钢，杆件截面可视为圆形。
假设桁架结构的高度为H，宽度为W，杆件的直径为D，且杆件AB和BC的长度为L。
首先，我们需要将该桁架结构离散为有限元网格。
可以采用等距离离散方法，在杆件AB上取N个节点，在杆件BC上取M个节点。
每个节点的坐标可以通过计算得到。
接下来，我们需要确定边界条件。
假设桁架结构的支座在节点A和C 处。
我们可以将节点A和C固定，即其位移为零，这是考虑到节点A和C作为支座点不会产生水平和竖直的位移。
然后，我们需要为杆件的材料属性和截面属性建立数学模型。
假设桁架结构的钢材的弹性模量为E，泊松比为ν。
另外，我们需要确定杆件的截面半径r。
接下来，我们需要确定桁架结构的荷载。
假设在节点B作用一个竖直向下的荷载P。
这个荷载会使得杆件AB和杆件BC受到拉力。
然后，我们可以使用有限元软件进行计算。
在计算中，我们可以采用线性弹性模型进行计算，即假设所有杆件在加载之前是弹性的。
在计算中，我们可以使用有限元方法对每个单元进行力学性能和应力分布的分析。
可以使用线性弹性有限元方法，如直接刚度法或变分法等。
在计算得到每个单元的力学性能和应力分布后，我们可以进一步分析整个桁架结构的强度和刚度。
可以计算整个结构的位移、载荷和应力等。
最后，我们可以通过对结果进行后处理和分析，来评估桁架结构的性能和稳定性。
可以计算结构的应力、变形和应变等。
综上所述，2D四杆桁架结构的有限元分析可以通过离散桁架结构为有限元网格，确定边界条件、材料和截面属性，施加荷载，并使用有限元软件进行计算。
通过对每个单元的力学性能和应力分布进行分析，并综合整个结构的性能和稳定性，可以得到结构的位移、载荷和应力等信息。
4典型结构有限元分析
4典型结构有限元分析结构有限元分析是一种重要的工程分析方法，用于确定和评估各种结构的力学行为。
桁架和梁结构是常见的结构形式之一，下面将介绍这两种结构的有限元分析方法及其应用。
1.桁架结构有限元分析桁架结构是由桁架梁和节点组成的三维刚性体系，广泛应用于大跨度建筑和桥梁等工程中。
桁架结构的有限元分析方法有以下几个步骤：步骤一：建立有限元模型首先，需要建立桁架结构的有限元模型，可以使用各种商用有限元软件。
桁架梁可以用梁单元进行建模，节点可以用节点单元进行建模。
根据实际情况，可以选择不同的单元类型和网格划分方法。
步骤二：施加边界条件和荷载根据实际情况，需要给模型施加合适的边界条件和荷载。
边界条件包括固支、铰支和滑移支等。
荷载可以是点荷载、线荷载或面荷载。
步骤三：求解有限元方程根据桁架结构的几何和力学特性，可以得到有限元方程。
然后，利用数值计算方法求解有限元方程，确定桁架结构的位移、应力和反力等。
步骤四：分析和评估结果分析和评估有限元分析结果，可以得到桁架结构的应力分布、变形情况和稳定性等。
根据评估结果，可以进行优化设计和加强措施的制定。
2.梁结构有限元分析梁结构是由梁和支座组成的一维刚性体系，广泛应用于各种工程中，如建筑、桥梁和机械等。
梁结构的有限元分析方法有以下几个步骤：步骤一：建立有限元模型首先，需要建立梁结构的有限元模型，可以使用各种商用有限元软件。
梁可以用梁单元进行建模，支座可以用支座单元进行建模。
根据实际情况，可以选择不同的单元类型和网格划分方法。
步骤二：施加边界条件和荷载根据实际情况，需要给模型施加合适的边界条件和荷载。
边界条件包括固支、铰支和滑移支等。
荷载可以是点荷载、线荷载或面荷载。
步骤三：求解有限元方程根据梁结构的几何和力学特性，可以得到有限元方程。
然后，利用数值计算方法求解有限元方程，确定梁结构的位移、应力和反力等。
步骤四：分析和评估结果分析和评估有限元分析结果，可以得到梁结构的应力分布、变形情况和稳定性等。
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：王浩煜学号：20082798题目编号： 21.题目概况1.1 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：1.2 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2.1 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。
2.2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。
3.3 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”。
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。
桁架结构有限元及试验模态分析
图 2 梁单元臂架有限元模型
机 械振 动理 论, 各 阶 固有 振 型的线性叠加 即为结构 表现
出来的振动。其 中低阶 振型
比高阶振型对 结构的振 动贡
献 大, 基 本决 定了 机 械结 构
的动态特性。
三维结构在 无约束 边界
条 件下 的模 态 分析, 计算 出 图 3 壳单元臂架有限元模型 来的前 6阶模态接近于 0, 是 所谓的刚体模态。因此, 真正有意义的模 态应该是从 第 7阶 开始的模态。故臂架有限元模态 分析采用 Lanczos法 来求解
相吻合, 频率误差均 在 10% 以 内, 验证 了 有限 元模 型 的正 确 性和 可 靠性, 确保 了 臂架 系 统 有限 元 分析 的 准
确性。
关键词: 桁架; 有限元模态; 试验模态
中图分类号: TU 322
文献标识码: A
F in ite E lem ent and Experim entalM odal Analysis of the T russ
采用有限元分 析方法 进行 履带起 重机 臂架 的结构 设计 计算将会大大的提高设计效率 [ 1, 2]。但如何保证 有限元模型 建立的正确性及结果的可靠性 和准确性, 很多学者 都做了大 量的研究工 作 [ 3- 6] 。下 面通过 建立 梁单 元及 壳单 元两 种有 限元模型, 进行有限元模态分析, 并与试验模 态分析做 比较, 来修正和验证有限元模型的正 确性, 确保 有限元分 析结果的 可靠性。
2. 北京邮电大学 自动化学院, 北京 100876)
摘 要: 在 ABAQU S软件中分别用 梁单元和壳单元建立了桁架 有限元模 型, 并利 用有限元 模态分析 得到
其低阶固有频率和振型。同时采用锤激法对中间节臂架进行了试验模态 分析, 利用 LM S P olyM AX 分析方 法对
桁架结构的受力特点
桁架结构的受力特点桁架结构是一种由杆件和节点组成的结构体系，其受力特点主要包括以下几个方面：桁架结构的主要受力形式是轴力和剪力。
在桁架结构中，杆件主要承受拉力或压力，即轴力；而在节点处则会产生剪力。
这种受力形式使得桁架结构具有较好的受力性能，能够有效地承受水平和垂直方向的荷载。
桁架结构的受力是通过节点传递的。
节点是桁架结构中连接杆件的部分，所有的受力都会通过节点传递到其他杆件上。
这种传递方式使得整个结构在受力均匀分布的同时，也能够有效地减小结构的变形，提高结构的稳定性。
桁架结构的受力是相对集中的。
由于桁架结构中的杆件都是直线排列的，受力主要集中在杆件的两端和节点上。
这种受力特点使得桁架结构具有较高的刚度和承载能力，适用于大跨度的建筑和桥梁结构。
桁架结构的受力是相对静定的。
在桁架结构中，杆件的数量和节点的位置都是确定的，结构的受力状态也可以通过静力平衡来计算和分析。
这种相对静定的受力状态使得桁架结构在设计和施工过程中更加可控，能够确保结构的安全性和稳定性。
桁架结构的受力是相互协调的。
在桁架结构中，各个杆件和节点之间的受力是相互协调的，通过合理的设计和构造可以使得结构整体受力均衡，达到最佳的受力状态。
这种相互协调的受力特点使得桁架结构在实际工程中得到广泛应用，成为大跨度结构的常见形式。
桁架结构具有轴力和剪力为主要受力形式、受力通过节点传递、受力相对集中、受力相对静定以及受力相互协调等特点。
这些受力特点使得桁架结构具有较好的受力性能和稳定性，适用于各种大跨度建筑和桥梁工程中。
在设计和施工过程中，需要充分考虑这些受力特点，确保结构的安全可靠。
有限元应用于桁架桥梁结构受力分析.
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Application of ANSYS Software in The Field of EngineeringZHOU Ming - yu(School of Civil Engineering and Architecture , Anhui University Of Science And Technology Anhui, Huainan )Abstract：In recent years, along with the extensive application of the computer, invoke the other each technique field to develop rapidly. Finite Element Method (FEM) is a modern computational technique to develop rapidly with the development of the computer, FEM can process numerical simulation analysis using computer, it is applied extensively in engineering field, the result of FEM analysis provided reliable data for the design and capability analysis of various industry product. ANSYS is one of the most international famous software. The customers of ANSYS come from machine, aviation , energy sources, traffic, construction, waterconservancy, electronics, ground mineral, biology medicine, teaching study fields etc. This is the ANSYS analysis by simple truss bridge structure based on graphic interface.Key word:Finite element, ANSYS, architecture, Force analysis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;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。
桁架结构的力学行为分析
桁架结构的力学行为分析桁架结构是一种由杆件和节点组成的稳定结构，在工程领域中广泛应用于梁柱、屋顶和桥梁等建筑物中。
本文将对桁架结构的力学行为进行详细分析，包括结构的受力特点、应力分布和刚度等方面。
1. 结构的受力特点桁架结构的受力特点主要体现在以下几个方面：1.1. 杆件受力均匀桁架结构中的杆件大多为轻型直杆，其受力状态主要为轴力和拉压力。
由于杆件在桁架结构中的布置相对均匀，因此受力分布也较为均匀。
1.2. 节点强度高桁架结构的节点处通常通过焊接或螺栓连接，这种连接方式使节点能够承受较大的拉压力。
同时，桁架结构中节点与杆件的连接方式也决定了整个结构的刚度和稳定性。
1.3. 桁架结构的自重轻由于桁架结构主要由轻型杆件组成，因此整个结构的自重相对较轻。
这一特点使得桁架结构在应用中能够减轻建筑物的荷载，提高结构的承载能力。
2. 应力分布桁架结构的应力分布主要受到加载方式和结构形状的影响。
通常情况下，桁架结构中的杆件受到轴力的作用，因此其应力分布呈现出一定的规律。
2.1. 拉压杆件的应力在桁架结构中，从支座到加载点的杆件一般会受到压力，而从加载点到支座的杆件则受到拉力。
这种受力方式决定了桁架结构中杆件的应力分布规律。
2.2. 杆件受力方向与应力分布根据桁架结构中杆件受力的方向不同，其应力分布也会有所变化。
一般来说，斜向杆件受力方向与应力分布较为均匀，而水平和垂直杆件受力方向则会导致应力集中。
3. 刚度桁架结构的刚度是指结构在受力作用下的形变大小。
刚度直接影响着结构的稳定性和抗震能力。
3.1. 刚度与杆件的直径和材料性质桁架结构的刚度与结构中杆件的直径和材料性质密切相关。
通常情况下，直径较大的杆件具有较高的刚度，而刚度较高的材料也可以有效提高整个结构的稳定性。
3.2. 刚性节点的影响桁架结构中刚性节点对整个结构的刚度有着重要的影响。
刚性节点的设置可以提高结构的刚度和稳定性，确保结构在受力时不会发生过大的形变。
雅KX KT型空间方管桁架相贯节点承载力分析及实用计算公式
KX KT型空间方管桁架相贯节点承载力分析及实用计算公式西安建筑科技大学硕士论文BearingCapacity Analysis of Multiplanar KX 一，KT-jointsMade of SquareHollow Sections and Practical Design FormulaSpeciality ：S 缸ucture EngineeringName ： YangjunfenInstructor ：Guqiang ProfessorAbstractAs structural component ，square hollow steel sections have favorable properties forresisting compression ．bending and torsion ．The structures made of square hollow steel sections by using the directly welded joints are fabricated easily and economically, which Call be found in many applications all over the world ．But 刀oH(the research on the multiplanar KX·，KT-joints that have been used in many projects is little ，whichbrings some inconvenience to the extension and application for this type ofjoints ．The key problem in the designing of this sfructure is the ultimate bearing capacity of the directly welded joints(also called simple joints)．Becausethe stress distribution around the rjoint is complicated ，it is restricted using analytical method to calculate its bearingcapacity,and the commonly research approaches to this joint are experimental investigationand finite element modeling ．In this paper,the finite element modeling method is usedto do some plasto elasticity lager defection analysis for the multiplanar KX 一，KT-joints ．First ，the b earing c apacity ofuniplanar K -，T-，and x -joints i s a nalyzed ． Andthen the multiplanar KX 一，KT-joints is analyzed ，the analysis results of which is contrastedwith the former,SO as to consider the effect on bearing capacity owing to themutual effect of web member and branch member ．At last ，the suggested designformulaofthe bearing capacivy for these two types ofjoint is presented ．Key words ：Tubular structure ，Simplejoint ，Ultimate b earing capacity ，FEMResearch type ：Applied researchIl声明本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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相贯节点桁架网格结构的受力特性与有限元分析模型作者：黄政华周丽霞梁健来源：《贵州大学学报（自然科学版）》2017年第01期摘要：相贯节点桁架网格结构通过钢管相贯节点将钢管桁架正交连接，形成空间网格结构，具有杆件、节点数量少，外形简洁美观的优点，越来越多地应用在一些大型公共建筑屋盖结构中。
相贯节点的受力特性与普遍采用的铰接节点和刚接节点假定差异较大。
因此，在整体分析模型中必须考虑节点域受力特性的影响才能得到较为精确的分析结果。
从适用于工程应用的角度，提出简化弹簧-杆系有限元模型，采用非线性弹簧单元模拟节点半刚性、滞回性能对结构静力和动力特性的影响。
关键词：相贯节点；网格结构；有限元模型；弹簧单元；半刚性；滞回特性中图分类号：TU393.3文献标识码： A平面桁架正交网格结构是最早得到采用的网架结构形式之一。
相对于四角锥、三角锥空间网格结构，正交网格结构具有杆件数量少、美观简洁的优点，同时节点处理和构件加工都比较简单。
在传统的平面桁架正交网格结构中，主要采用螺栓球节点和焊接球节点，根据铰接假定，每个网格由平面桁架两相邻节点间的弦杆和腹杆组成，在边界上汇交形成8个节点，在网格内部无中间节点。
如图1所示。
相贯节点桁架网格结构是一种新型的大跨空间网格结构，是从平面桁架网格结构演化而来，集合了部分钢管桁架结构的特点。
由于采用了相贯节点，与普通螺栓球节点和焊接球节点相比，具有外观简洁、形式多样的特点，随着其分析设计方法和工程应用逐渐成熟，大量的空间网格结构开始采用相贯节点，例如：河南艺术中心大剧院（图2（a））、中山博览中心展厅站等（图2（b））都采用圆钢管相贯节点作为网格节点形式。
与非相贯节点的桁架网格结构相比，相贯桁架网格结构具有以下优点：（1）节点数量大幅减少，外观更为简洁美观，线形更为流畅。
（2）杆件数量少，便于清刷、油漆，维护和防锈。
（3）网格内部可以有中间节点，网格密度可大可小（图3），组成更加灵活多样。
与平面受力体系的钢管桁架结构相比，相贯桁架网格结构又具有整体刚度大、水平两个方向刚度比较均匀、无需设置支撑系统、承载力高的优点。
相贯桁架网格结构兼具两种结构体系优点，具有优越的结构性能，优美的建筑效果，是一种发展前景很好的结构形式。
作为一种新型的空间结构形式，相贯节点网格结构是从桁架网格结构演化而来，并且集合了部分钢管桁架结构的特点。
因此，空间网格结构以及钢管桁架结构有关构件的设计理论、设计方法一定程度上适用于此类结构。
相贯节点桁架网格结构已经在大型公共建筑屋盖结构中得到应用，但是对于这种结构的静力及动力分析，一般仍沿用普通桁架网格结构或者钢管桁架结构的分析方法和分析模型进行设计，这与相贯节点半刚特性明显的实际情况差距较大，在一定程度上带來了安全上的隐患。
1 相贯节点对结构整体受力特性的影响相贯节点桁架网格结构静力和动力分析，关键是建立合理的分析模型。
通常情况下，网架结构或者钢管桁架结构采用刚接或者铰接模型，不考虑节点刚度和滞回性能的影响。
然而，实际节点并不具备完全刚性或完全柔性的力学特性，对于某些半刚特性明显的节点，采用刚接或者铰接的简化模型可能造成较大的计算误差甚至得到错误的结论。
国内外一系列的相关研究表明[1-18]，节点刚度对结构整体的静力和动力特性具有一定的影响，对于单层网壳等节点刚度影响比较显著的结构，忽视其影响可能带来不安全的结果。
相贯节点桁架网格结构具有不同于普通桁架网格结构的特点。
一方面，在传力机制方面，由于采用相贯节点，相贯节点网格结构的上下弦杆在一个方向上是连续的，而在另外一个正交方向则不连续，通过相贯节点局部变形传力，其轴向刚度受到相贯节点在此方向上的节点刚度的影响，如图4所示。
由此可见，相贯节点刚度对整体结构的内力分布将产生一定的影响。
另一方面，钢管相贯节点的承载力通常情况下低于杆件承载力，在罕遇地震作用耗能机制方面，相贯节点可能最先进入弹塑性受力状态[19]，结构的抗震耗能更依赖于节点而非杆件。
因此，节点的受力特性对于相贯节点桁架网格结构的静力和动力特性影响显著，要准确分析其受力性能，需要引入考虑节点刚度、滞回性能影响的节点单元，建立精细化有限元模型进行抗震分析。
2 有限元分析模型基于刚性节点和铰接节点的普通杆系有限元模型不能反映节点特性对结构整体受力的影响。
目前，能够考虑节点非刚特性及滞回特性的影响的有限元模型主要有3类，即实体单元有限元模型、混合有限元模型或称为多尺度有限元模型、弹簧-杆系有限元模型。
实体有限元模型是将结构所有部位，包括杆件和节点都用三维实体单元或者板壳单元模拟。
由于能够较为真实地模拟节点域的受力特性，实体单元模型的模拟精度可以达到很高的水平。
但是实体模型建模复杂、模型单元数量太大，对计算机的要求很高，计算耗时，目前仅在研究项目中采用，还不能适用于实际的工程计算分析。
混合有限元模型或者多尺度有限元模型是将节点域用实体单元或者板壳单元模拟，而节点域以外的杆件部分用梁单元模拟，不同类型单元交界施加位移约束使其满足位移连续性条件。
混合有限元方法在整体分析的同时，也完成了对各个节点的受力分析，能充分适应不同区域受力分析的精度要求[20-24]。
混合有限元模型单元数量比实体有限元模型少，分析精度介于混合有限元模型和弹簧-杆系有限元模型，但节点实体建模、不同类型单元交界位移约束等操作使得建模仍比较复杂，目前还难以应用于实际的工程计算分析中。
弹簧-杆系有限元模型是将节点域用弹簧单元模拟，而节点域以外的杆件部分用梁单元模拟[14-15，25]。
该方法的应用前提是明确节点在整体模型中的受力特性，并且有合适的弹簧单元可以反应这种特性。
由于相贯节点特别是多支管空间相贯节点受力的多样性和复杂性，目前商用有限元软件中还缺乏能够完全描述此类节点受力特性的弹簧单元。
一种解决办法是对节点行受力特性进行简化，忽略节点域各支管部分的相关影响，采用单自由度弹簧单元。
在有关平面钢管桁架和桁架拱的面外稳定分析中，通过与试验对比，当弹簧刚度与实际节点刚度较为吻合时，采用简化弹簧模型分析具有较好的精确度[15，25]。
在弹簧-杆系有限元模型中，对于如图5所示的相贯节点桁架网格结构，可以将上下弦的非贯通主管或平面桁架腹杆与节点的连接特性简化为一个单自由度的弹簧单元，即图6所示的弹簧单元，模拟非贯通主管与贯通主管连接的非线性轴向刚度和滞回特性。
弹簧-杆系有限元模型与普通杆系模型较为接近，单元数量相比实体单元模型或混合有限元模型大为减少，计算速度快且建模简单，易于掌握，适用于普通的工程计算分析。
在有限元软件ANSYS中，可以采用非线性弹簧单元COMBIN39模拟如图7所示的相贯节点的非线性轴力-位移特性。
当采用卸载准则，COMBIN39还可以近似模拟圆钢管相贯节点如图8所示的滞回特性。
3 结语相贯节点桁架网格结构外观优美、形式简洁，是一种发展前景较好的新型空间结构型式。
国内外诸多研究均证实，对于半刚特性明显的节点，其对结构的静力和动力特性均会产生明显的影响。
由于相贯节点半刚特性明显，在相贯节点桁架网格结构的整体分析中，必须节点的影响。
目前，主要有实体单元有限元模型、混合有限元模型、弹簧-杆系有限元模型能够考虑节点非刚特性及滞回特性的影响。
从工程应用的角度，弹簧-杆系有限元模型建模和分析较为简单，当弹簧的刚度或滞回特性与实际节点受力特性较为吻合时，分析精度可以满足工程应用的要求。
因此，下一步应对桁架网格结构相贯节点的静力特性和滞回特性进行深入的研究，提出应用简便、精确度高的节点静力和滞回模型，在此基础上采用弹簧-杆系有限元模型就可以对相贯节点桁架网格结构进行较为精确的静力和动力分析。
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