ansys对斜拉桥的分析实例

用Ansys分析斜拉桥的变形、应力分布与优化

问题背景：第三届结构设计大赛，题目为：承受运动载荷的不对称双跨桥

梁结构模型设计。参赛作品为一个斜拉桥

比赛所用材料：桐木若干，白乳胶一瓶。

比赛要求：保证小车通过的同时，桥应力求重量轻，轻者可进入决赛。

参赛实验台示意图

比赛计算参数：

木杆的抗拉强度表

设计方案数据：根据所给材料，经过计算我们预计需要使用：主梁：4根6*6、4*6，55*1截取18mm宽，55*2截取15mm宽；拉塔：2根6*6，3*4作桁架；梁的固定用1根3*4；桥墩：2根3*4，55*1的木片作桁架结构。下脚料把主梁两端各加长20mm，并把端面做成梯形以使桥梁稳定。

桥梁简支模型：

其中(5)、(7)、(8)为拉索，(6)为拉塔，(1)、(2)、(3)、(4)为主梁，1、2、5为三个支座，塔高为330mm，2、3的距离为250mm，3、4的距离为200mm。

当小车经过2、5之间时，梁最容易发生破坏。

加载条件：预赛——空车(重9.88kg)行驶，桥面板由长度为30mm的若干铝板，用柔绳串接而成，重量为2.8kg。

Ansys分析目的：使用ansys分析软件对桥的应力分布进行分析，对结构进行改进与优化。

Ansys建模数据：

步骤：

定义单元类型：桐木材料选取单元类型：Beam 188 拉索材料选取单元类型为Link 10。

定义单元实常数：Link 10单元的实常数AREA定义为3.14*2.25/4。其中Beam 188不需要定义实常数。

定义材料属性：材料属性如图。

定义梁截面类型：主梁：8*8，侧梁:5*5，桁架：3*3（全部为矩形），拉索：R=1.5（圆形）。

建模：建立节点模型，利用建模工具建立节点，再用lines—straight lines 连接节点形成线模型。

划分网格：利用Meshing—Mesh attributes—picked lines，根据不同单元属性，不同材料属性，不同截面属性选择线，划分网格。再用Meshing命令中的line—set进行线单元数目划分，取为15。

定义load：对底座、边缘施加全部自由度约束，节点受力为98.8/4。

求解：solve命令。

查看结果：利用general postproc后处理查看结构变形云图，应力分布。

模型说明：建模过程中，对实际模型进行简化。其中弹性模量和泊松比进行简化处理，数据从网络中获取。桥面板由长度为30mm的若干铝板，用柔绳串接而成，重量为2.8kg。此约束忽略不计。当小车通过桥梁时，认为在如图位置变形最大，故受力分析时，将载荷加载到如图13、14、16、17节点处。尤其是拉索模型。由于拉索单元为Link，其只能受拉，不具有抗弯性能，故改用杆单元代替原模型。建模时使用mm作单位，而泊松比要除以1000，受力要乘以1000，才能得到正确的结果。

模型

约束及受力图

分析结果如下：

变形图

应力图

在图中变形最大为 6.6998cm，变形量较大，和实际模型相同，说明模型的

结构稳定性不高，需要进行改进。虽然最大应力为：15.575MPa，其小于主梁的最大许用应力，但为了进入决赛要对模型进行改进。可在模型中添加加固桁架，但同时会增加质量，所以应去掉不必要的桁架或将侧梁或桁架的截面尺寸减小。