ansys有限元分析工程实例大作业

ansys有限元分析工程实例大作业

辽宁工程技术大学

有限元软件工程实例分析

题目基于ANSYS钢桁架桥的静力分析

专业班级建工研16-1班（结构工程）

学号 ********* 姓名

日期 2017年4月15日

基于ANSYS钢桁架桥的静力分析

摘要：本文采用ANSYS分析程序，对下承式钢桁架桥进行了有限元建模;对桁架桥进行了静力分析，作出了桁架桥在静载下的结构变形图、位移云图、以及各个节点处的结构内力图（轴力图、弯矩图、剪切力图），找出了结构的危险截面。

关键词：ANSYS；钢桁架桥；静力分析；结构分析。

引言：随着现代交通运输的快速发展，桥梁兴建的规模在不断的扩大，尤其是现代铁路行业的快速发展更加促进了铁路桥梁的建设，一些新建的高速铁路桥梁可以达到四线甚至是六线，由于桥面和桥身的材料不同导致其受力情况变得复杂，这就需要桥梁需要有足够的承载力，足够的竖向侧向和扭转刚度，同时还应具有良好的稳定性以及较高的减震降噪性，因此对其应用计算机和求解软件快速进行力学分析了解其受力特性具有重要的意义。

1、工程简介

某一下承式简支钢桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表1，材料属性见表2。桥长32米，桥高5.5米，桥身由8段桁架组成，每个节段4米。该桥梁可以通行卡车，若只考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1，P2，和P3，其中P1=P3=5000N，P2=10000N,见图2,钢桥的形式见图1，其结构简图见图3。

图1钢桥的形式

图2桥梁的简化平面模型（取桥梁的一半）

图3刚桁架桥简图

所用的桁架杆件有三种规格，见表1

表1 钢桁架杆件规格

杆件截面号形状规格

顶梁及侧梁1 工字形

400X400X1

2X12

桥身弦杆 2 工字形400X300X1 2X12

底梁 3 工字形400X400X1 6X16

所用的材料属性，见表2

表2 材料属性

参数钢材

弹性模量EX

泊松比PRXY 0.3

密度DENS 7800

2 模型构建

将下承式钢桁梁桥的各部分杆件，包括顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁均采用BEAM188单元，此空间梁单元可以考虑所模拟杆件的轴向变形; 定义了一套材料属性，各类杆件为钢材，其对应的参数如表2所示；根据表1中的杆件规格定义了三种梁单元截面，根据表1分别定义在相应的梁上；建模时直接建立节点和单元，在后续按照先建节点再建杆的次序一次建模。构建的桁架桥有限元分析模型如图4所示。

为各杆件选定单元类型和截面类型后设置每根杆件划分成4个单元将模型进行网格划分。构建的桁架桥有限元分析网格划分结果如图5所示。

边界条件为在梁的支座处即节点1处施加xyz三个方向的位移约束；在节点9处施加y方向的约束；在梁中两点处即4、6节点处施加集中载荷y方向向下5000N；在梁中间点处即5节点处施加集中载荷y方向向下10000N。构建的桁架桥有限元分析模型的边界条件及施加荷载情况如图6所示。

图4 桁架桥有限分析模型

图5桁架桥有限元分析网格划分结果

图6构建的桁架桥有限元分析模型的边界条件

即施加荷载情况

3 求解分析

图7 模型求解的荷载数据条件

图8求解结果图示

图9 模型最终变形图

图10 模型等效应力图

图11 模型的总位移云图

图12 模型Y方向位移

图13 轴力图

图14 剪力图

图15 弯矩图

静力分析：从桁架桥总位移云图图11中可以看到在集中力作用下桥面位移量中间处最大一次向两侧减小，可知桥的中央处变形最大，为危险的地方；从轴力图图13中可以看出中间竖直和两边支座处端斜杆所受轴力大，其上下弦杆和中间斜腹杆的轴力比较小，所以在静载状态下，可以看出中间竖直和两边支座处端斜杆容易产生疲劳破坏，在对该桁架桥进行强度校核时此处也是重点校核对象；从弯矩图图15中可以看到其上下横向连接梁具有一定的弯矩值，说明在外力的作用下桁架出现扭转与其在静载时的状态有一定的联系；从图14和图15中可以发现桁架杆系结构中杆件的剪力和弯矩相对轴力来说都很小，可以说在静载条件下，桁架桥主要受轴力的影响。

4 结语

采用有限元分析方法，利用ANSYS有限元软件对钢桁架梁进行了静力分析得出了静载下总体位移情况，受力特点，根据静力分析得到的结果为桥梁的设计、维护、检测提供技术参数。