桥梁软件应用 有限元简介
有限元在土木工程中的应用
土体固结分析
➢二维大变形固结分析
假定材料是线性的； 由于大变形即可导致非线性特性，即孔隙比
对渗透系数影响，有限元方法同样可以解决 此非线性问题。
土体固结分析
➢砂井固结分析
采用三维固结有限元方法，工作量较大，一 般转化为平面应变有限元方法计算。
隧道模型横断面尺寸可根据情况取7~10倍的隧 道直径，对于浅埋隧道，模型顶面可取至物理对 象顶面；纵向长度要考虑空间效应的影响。
顶面取自由面，底面为双向约束，左右边界为水 平约体单元或壳单元， 锚杆可采用杆单元。
岩土开挖分析
地层损失 初始地应力平衡
主要内容
➢有限元方法简介 ➢有限元在岩土工程中的应用 ➢有限元在结构工程中的应用 ➢有限元在土木工程中的应用前景
有限元方法简介
➢有限元方法的基础是变分原理和加权余 量法，其基本求解思想是把计算域划分 为有限个互不重叠的单元，在每个单元 内，选择一些合适的节点作为求解函数 的插值点，将微分方程中的变量改写成 由各变量或其导数的节点值与所选用的 插值函数组成的线性表达式 ，借助于变 分原理或加权余量法，将微分方程离散 求解。
有限元方法可以有效地解决此类问题，获取 与解析解吻合很好的数值解。
土体固结分析
➢非饱和土的一维固结分析
非饱和土的固结问题是土木工程中经常遇到 的问题，对此有限元程序，如ABAQUS， 可以给出较为精确的数值解。
假定忽略土水特征线的滞回效应。
土的固结分析
➢三轴试样固结分析
对于最普遍的土工试验-三轴试样固结，包 括固结不排水试验和固结排水试验，有限元 程序也可以建立分析模型求解。
土的渗流计算
➢土体减饱和过程分析
第五章 三维有限元分析软件MIDAS的基本应用简介
树形菜单
从模型的输入到分析、结果分析的整个过程，以 及各种表格及组的设定状态等按照树形结构进行了系 统的整理，使用户可以就所需的内容得到指示或打开 相关的对话窗口，进行有效的操作。在树形菜单的“工 作树”中可以清楚地对已做的模型数据输入状况进行确 认，并提供对模型进行修改的拖放（Drag&Drop）方式 的建模功能。
7）结果：荷载组合条件的输入、分析结果的图 形处理、查询及分析功能等。 8）设计：设置设计参数，进行钢筋混凝土、组 合构件的截面设计、钢结构的优化设计等。 9）模式：前处理模式和后处理模式的转换功能。 10）查询：节点或单元的输入状态及属性的查 询功能。 11）工具：单位系及初期操作环境的设定、MC T命令窗口(Midas Gen Text，格式命令输入模型数 据 ）、材料目录表的列表、地震数据的生成、 截面特性值计算器的运行功能等。 12）窗口：操作画面的各种窗口调整和排列功 能。 13）帮助：帮助功能及连接midas IT的主页、 发送e-mail的功能等。
（3）单元坐标系（ECS, Element Coordinate System）， ECS使用的也是右手法则的x、y、z轴垂直坐标系，各轴 以小写字母（x、y、z）表示，主要用来表达单元内力、 单元应力及相关于单元的其他输入数据。在查看单元分析 结果时，使用单元坐标系会更方便。
(a) 竖向构 件（柱） β角
(b) 水平或 倾斜构件 （梁或斜 杆）β角 梁单元单元坐标系及内力示意图
（4）节点坐标系（NCS, Node Local Coordinate System）， NCS使用的也是右手法则的x、y、z轴垂直坐标系，各轴 以小写字母（x、y、z）表示。节点坐标系一般用在赋予 节点以特定方向的边界条件或强制位移上。
有限元分析在桥梁检测中的应用
有限元分析在桥梁检测中的应用摘要：为了避免在桥梁进行荷载实验时，由于加载车辆可能对桥梁造成损伤以及可能出现多余的布载情况的产生，采用有限元分析的方法建模，进而模拟各个分级加载的过程，对加载车辆的加载顺序和数量进行优化，导出加载车辆位置的图形，保证加载过程的安全。
关键词：桥梁检测；有限元分析；加载顺序；APPLICATION OF FINITE ELEMENT ANALYSIS INTHE BRIDGE TESTINGABSTRACT: In order to avoid load test in the bridge, the finite element analysis method is used to model the load sequence and number of vehicles, and the load sequence and number of vehicles are optimized.KEY WORDS: bridge testing;finite element analysis;loading sequence1 引言道路是一个影响国家经济发展，人民生活幸福甚至国防安全的重要因素，而桥梁在其中所起到的重要作用是不言而喻的。
由于我国的实际情况，尤其对于中西部的山区来说桥梁的的安全畅通尤为重要。
而随着国家经济的发展和西部大开发战略的实施，这必将会增加现有桥梁的上的车辆密度，并且同行车辆的载重也有逐渐增加的趋势，这些情况的产生都会对现有的桥梁的安全和稳定造成重大的隐患。
这就要求对于桥梁的定期的检测有着更高的要求。
目前，桥梁检测的工作中暴露主要的问题是，对某区域内的桥梁进行荷载试验时工作量较大，所需加载车辆的数量多，并且荷载试验之前无法对移动的加载车辆对桥梁的影响进行有效的掌控。
采用有限元法的软件对桥梁进行建模，计算所需要的加载车辆的数量，并对加载车辆在桥梁行进的整个过程中出现的最不利情况进行判断是否会危害到桥梁的安全。
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。
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。
《有限元分析概述》课件
PART 05
有限元分析的未来发展与 挑战
新技术与新方法的探索
人工智能与机器学
习
利用人工智能和机器学习技术， 自动构建有限元模型、优化求解 过程和提高分值算法和 求解技术，提高有限元分析的稳 定性和精度。
多物理场耦合
探索多物理场耦合的有限元分析 方法，以解决复杂工程问题中的 多物理场耦合问题。
边界条件的处理
在有限元分析中，边界条件的处理是重要的环节。边界条件通常通过在边界节点上施加约束或加载来实现，以模拟实际系统 的边界条件。
边界条件的处理方式需要根据具体问题进行分析和设定，以确保求解结果的准确性和可靠性。
求解与后处理
求解是有限元分析的核心步骤，涉及到建立方程组、求解方程组并得到离散化模型的结果。常用的求 解方法包括直接法、迭代法和优化算法等。
优化设计
03
根据计算结果，对结构进行优化设计，提高其性能或降低成本
。
PART 04
有限元分析的优缺点
有限元分析的优缺点
• 有限元分析（FEA）是一种数值 分析方法，用于解决各种工程问 题，如结构分析、热传导、流体 动力学等。它通过将复杂的物理 系统离散化为有限数量的简单单 元（或称为“有限元”）来模拟 系统的行为。这些单元通过节点 相互连接，形成一个离散化的模 型，可以用来预测系统的性能和 行为。
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有限元分析概述
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目 录
• 有限元分析简介 • 有限元分析的基本原理 • 有限元分析的实现过程 • 有限元分析的优缺点 • 有限元分析的未来发展与挑战
PART 01
有限元分析简介
定义与背景
大跨度桥梁抗震分析中的整体有限元法及其应用
大跨度桥梁抗震分析中的整体有限元法及其应用目录一、内容概要 (2)1. 桥梁工程的重要性 (2)2. 抗震分析的意义与挑战 (3)二、有限元法概述及其在桥梁抗震分析中的应用 (4)1. 有限元法基本概念与原理 (6)1.1 有限元法定义与发展历程 (7)1.2 基本原理与计算步骤 (8)2. 有限元法在桥梁抗震分析中的应用现状 (9)2.1 应用范围及优势 (10)2.2 存在的问题与挑战 (11)三、大跨度桥梁整体有限元建模与分析方法 (13)1. 整体有限元建模流程 (14)1.1 模型建立前的准备工作 (15)1.2 模型建立过程及参数设置 (16)1.3 模型验证与校准 (17)2. 大跨度桥梁整体分析方法 (19)2.1 静力分析方法 (21)2.2 动力分析方法 (22)2.3 抗震性能评估指标 (23)四、大跨度桥梁抗震分析中的关键技术与策略 (25)1. 地震波输入与选择 (27)1.1 地震波特性分析 (28)1.2 地震波输入方法比较与选择 (29)2. 结构损伤评估与修复策略 (30)2.1 结构损伤识别技术 (32)2.2 损伤程度评估方法 (34)2.3 修复策略与建议 (35)一、内容概要本文档主要介绍了大跨度桥梁抗震分析中的整体有限元法及其应用。
整体有限元法是一种将结构划分为多个单元，通过离散化的方法对整个结构进行建模和求解的方法。
在大跨度桥梁抗震分析中，整体有限元法具有较高的计算精度和效率，能够有效地模拟桥梁在地震作用下的响应过程，为桥梁的抗震设计提供有力的支持。
本文档首先介绍了大跨度桥梁的基本结构特点和抗震要求，然后详细阐述了整体有限元法的基本原理、方法和步骤，包括单元划分、刚度矩阵和边界条件设置等。
通过实例分析，展示了如何运用整体有限元法对大跨度桥梁进行抗震分析，以及如何根据分析结果优化结构设计，提高桥梁的抗震性能。
对整体有限元法在大跨度桥梁抗震分析中的应用前景和技术发展趋势进行了展望。
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
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。
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
y
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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。
有限元分析报告
有限元分析报告有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种工程分析方法，通过对结构进行离散建模，然后对每个离散单元进行力学分析，最终得出整个结构的应力、位移等结果。
本报告将对某桥梁结构进行有限元分析，并对分析结果进行详细说明。
1. 结构建模。
首先，我们对桥梁结构进行了建模。
在建模过程中，我们考虑了桥梁的几何形状、材料属性、边界条件等因素。
通过有限元软件，我们将桥梁结构离散为多个单元，并建立了相应的数学模型。
在建模过程中，我们尽可能地考虑了结构的复杂性，以保证分析结果的准确性。
2. 荷载分析。
在建立了结构模型之后，我们对桥梁施加了不同的荷载，包括静载、动载等。
通过有限元分析，我们得出了桥梁在不同荷载下的应力、位移等结果。
同时，我们还对结构的疲劳寿命进行了评估，以确保结构在使用过程中的安全性。
3. 结果分析。
根据有限元分析的结果，我们对桥梁结构的性能进行了分析。
我们发现，在某些局部区域，结构存在应力集中现象；同时，在某些荷载作用下，结构的位移超出了设计要求。
基于这些分析结果，我们对结构的设计提出了一些改进建议，以提高结构的安全性和稳定性。
4. 结论。
通过有限元分析，我们得出了对桥梁结构设计的一些结论。
我们发现，在当前设计下，结构存在一些潜在的安全隐患，需要进行一定的改进。
同时，我们还对结构的使用寿命进行了评估，提出了一些建议。
通过本次有限元分析，我们对桥梁结构的性能有了更深入的了解，为后续的设计和改进提供了重要参考。
综上所述，本报告通过有限元分析，对某桥梁结构的性能进行了评估，并提出了一些改进建议。
有限元分析作为一种重要的工程分析方法，为工程结构的设计和改进提供了重要的技术支持。
希望本报告能对相关工程技术人员提供一定的参考价值。
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
桥梁有限元仿真分析计算
ANSYS GUI中六个窗口的总体功能
输入
显示提示信息，输入ANSYS命令，所 有输入的命令将在此窗口显示。
应用菜单
包含例如文件管理、选择、显 示控制、参数设置等功能.
主菜单 包含ANSYS 的主要功能 ，分为前处 理、求解、 后处理等。
输出
显示软件的文本 输出。通常在其 他窗口后面，需 要查看时可提到 前面2。012/5/13
（4）单元特性定义 有限元单元中的每一个单元除了表现出一定的外部形状外，还 应具备一组计算所需的内部特征参数，这些参数用来定义结构材 料的性能、描述单元本身的物理特征和其他辅助几何特征等.
（5）网格划分 网格划分是建立有限元模型的中心工作，模型的合理性很大程
度上可以通过所划分的网格形式反映出来。目前广泛采用自动或 半自动网格划分方法，如在Ansys中采用的SmartSize网格划分方 法就是自动划分方法。
2、建立有限元模型的一般过程 有限元分析中建模过程有下面7个步骤： （1）分析问题定义 在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进
行仔细分析，只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几何 模型。
总的来说，要定义一个有限元分析问题时，应明确以下几点： a）结构类型；b）分析类型；c）分析内容；d）计算精度要求；e） 模型规模；f）计算数据的大致规律
ABAQUS应用梁单元计算简支梁
ABAQUS应用梁单元计算简支梁梁是一种常用的结构元素，广泛应用于建筑、桥梁、机械等领域中。
在工程实践中，经常需要对梁进行计算分析，以确定其受力状态和变形情况。
ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以用于求解梁结构的力学问题。
本文将介绍如何使用ABAQUS进行简支梁的计算分析。
首先，我们需要将梁模型导入ABAQUS软件中。
梁的几何形状可以使用线、点或者直接输入坐标点的方式进行定义。
梁的截面信息（如截面类型、尺寸等）也需要进行定义。
在ABAQUS中，可以选择多种截面类型，例如矩形、圆形等。
根据实际情况选择合适的截面类型，并根据设计要求输入相应的尺寸。
在模型定义完成后，需要定义边界条件。
对于简支梁而言，端点处的位移应设定为零。
在ABAQUS中，可以通过选择固定边界条件或者施加等效约束条件来实现。
选择固定边界条件需要定义节点的自由度受限情况，而施加等效约束条件则可以直接将节点的位移限制为零。
在定义了几何形状、截面信息和边界条件后，需要定义材料参数。
梁的弹性模量、泊松比和密度等参数需要根据实际材料性质进行设定。
在ABAQUS中，可以选择多种材料模型，例如线弹性模型、双线性弹塑性模型等。
根据实际需求选择合适的材料模型，并输入相应的参数。
模型导入并定义完毕后，需要进行网格划分。
在ABAQUS中，可以选择多种网格划分算法，例如四边形单元、六面体单元等。
根据实际需求选择合适的网格划分算法，并根据划分精度设定网格尺寸。
在进行网格划分时，需要注意保证梁模型的几何形状和截面信息的精确性，避免过度简化导致计算结果的不准确。
完成网格划分后，可以进行加载条件的定义。
在ABAQUS中，可以定义多种加载条件，例如集中力、均布载荷等。
根据实际需求选择合适的加载条件，并输入相应的加载参数。
完成加载条件的定义后，可以进行求解运算。
在ABAQUS中，可以选择静力分析或者动力分析方法进行求解。
根据实际需求选择合适的求解方法，并进行计算。
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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把求解域划分成有限个四边形
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 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
4
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
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
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
y
vm
m
vi
um
vj
i
o 任意区域三角形单元网 格剖分示意图
很难甚至无法用解析法得到问题的解析解 寻 找
在整个求解域上满足控制方程 在边界上满足边界条件的场函数 很困难
有 限 元 模 型
单元 有限元法 节点
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
抛 弃
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 2 3
寻找一个满足整个求解域的场函数的思路 单元
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
有限元建模
前处理 程 序 结 构
有限元求解
求解器
计算结果分 析与整理
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 确定材料参数和载荷 定义约束条件 网格剖分
有 限 元 建 模
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
e
e
N
e
ui v i 0 u j N m v j u m vm
返回P28
其中， u 表示单元内任意点处位移的单元位移函数列阵
Ni N 0 0 Ni Nj 0 0 Nj Nm 0 0 为形函数矩阵 Nm
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 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
2.3 有限元程序的结构简介
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
1 A (bi c j b j ci ) 2
1.( x j ym xm y j ) ( 1).(xi ym xm yi ) 1.(xi y j x j yi ) x j ( ym yi ) xm ( yi y j ) xi ( y j ym ) b j x j bm xm bi xi b j x j b j xm b j xm bm xm bi xi bi xm bi xm b j ( x j xm ) bi ( xi xm ) (b j bm bi ) xm b j ci bi c j 0. xm bi c j b j ci
yi yj ym yi yj ym vi vj vm
1 ai vi a j v j amvm 2A
1 bi vi b j v j bmvm 2A 1 ci vi c j v j cmvm 2A
2.4 算例
ai x j ym xm y j a j xm yi xi ym am xi y j x j yi bi y j ym b j ym yi bm yi y j
i
o
ui
1、2、3、4、5、6
待定系数
j
典型三角形单元
uj
x
ui 1 2 xi 3 yi u j 1 2 x j 3 y j …………(2) um 1 2 xm 3 ym
vi 4 5 xi 6 yi v j 4 5 x j 6 y j …………(3) vm 4 5 xm 6 ym
ci x j xm c j xm xi cm xi x j
返 回 P24
u 1 2 x 3 y …………(1) 将求得的 1、 2、3、 4、5、6 代入 v 4 5 x 6 y
F 按节点编号顺序形成的节点载荷列阵
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
1
xi
yi yj 2A ym
1
xi
yi yj 2A ym
D 1 xj 1 xm
D 1 xj 1 xm
ui 1 1 u j D um 1 1 2 1 D 1 1 1 3 1 D 1
xi xj xm ui uj um xi xj xm
1 yj aiui a ju j amum 2A ym 1 yj biui b ju j bmum 2A ym ui uj um 1 ciui c ju j cmum 2A yi
yi
vi xi 1 4 D v j x j vm xm 1 vi 1 5 1 v j D 1 vm 1 xi 1 6 1 x j D 1 xm
各种非线性问题 多物理场耦合问题 多尺度问题 商品化有限元软件
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
提出了有限单 元法的名称
20世纪70年代国外
2.1 有限元法发展简况
固体力学 力学计算
学 科 应 用
流体力学 传热学 电磁学
结构优化
计 算 功 能
计 算 技 术
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
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
Ni , N j , N m
是单元形状函数，简称形函数
ai , bi , ci ,……，cm
是常数，取决于单元的三个节点坐标
2.4 算例
三角形单元的面积A
1 xi yi yj 2A ym D 1 xj 1 xm A
1 1 1 D 1.( x j ym xm y j ) (1).( xi ym xm yi ) 1.( xi y j x j yi ) (ai a j am ) 2 2 2
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 (2.1) K F
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
2.4 算例
单元位移函数表达式 u N i ui N j u j N mum …………(4) v N i vi N j v j N m vm 写成矩阵形式
u
e
u N i v 0
0 Ni
Nj 0
0 Nj
Nm 0
简写为
u
2.4 算例
2 单元中任意一点上的各个形函数之和等于1，即 N i ( x, y ) N j ( x , y ) N m ( x , y ) 1未知量 1、 2、3、 Nhomakorabea、5、6
求解(2)(3)得到 1、 2、3、 4、5、6
2.4 算例
ui 1 2 xi 3 yi u j 1 2 x j 3 y j …………(2) um 1 2 xm 3 ym vi 4 5 xi 6 yi v j 4 5 x j 6 y j …………(3) vm 4 5 xm 6 ym
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 St.Venant扭转 问题的近似解
应用数学家、物 理学家、工程师
有限元法的研究 现代有限元法
第一次成功尝试
1960 Tumer、Clough
飞机结构 分析
第一次用三角形单元
得到用单元的节点位移表示的单元位移函数 u N i ui N j u j N mum …………(4) v N i vi N j v j N m vm