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辽宁工程技术大学课程设计课程大型工程分析软件及应用题目平面桁架的静力分析院系力学与工程学院专业班级学生姓名学生学号2018年01月07 日力学与工程学院课程设计任务书课程 大型工程分析软件及应用课程设计题目 平面桁架的静力分析专业 姓名主要内容：1、 小型铁路桥由横截面积为3250mm 2的钢制杆件组装而成。
一辆火车停在桥上，EX=2.1×105MPa ，μ=0.3，ρ=7.8×103kg/m 3。
试计算位置R 处由于载荷作用而沿水平方向移动的距离以及支反力，同时，分析各个节点的位移和单元应力。
2、 试件的几何参数设计报告目录a=1ma=1m a=1m b=1mRF2=280KNF1=210KN第1章概述................................................................................................................... - 3 -1.1 课程设计的意义、目的..................................................................................................... - 3 - 第2章 ANSYS详细设计步骤........................................................................................ - 3 -2.1问题分析.............................................................................................................................. - 3 -2.2基于ANSYS分析的步骤................................................................................................... - 3 -2.2.1启动ANSYS，进入ANSYS界面........................................................................... - 4 -2.2.2定义工作文件名和分析标题.................................................................................... - 4 -2.2.3设定分析类型............................................................................................................ - 4 -2.2.4选择单元类型............................................................................................................ - 4 -2.2.5定义实常数................................................................................................................ - 5 -2.2.6定义力学参数............................................................................................................ - 5 -2.2.7存盘............................................................................................................................ - 6 -2.2.8创立关键点先、线.................................................................................................... - 6 -2.2.9设置、划分网格........................................................................................................ - 8 -2.2.10施加荷载并求解.................................................................................................... - 10 - 第3章设计结果及分析............................................................................................. - 13 -3.1显示桁架变形图................................................................................................................. - 13 -3.2列表显示节点解................................................................................................................. - 14 -3.3上述分析对应的命令流如下：......................................................................................... - 15 - 结论............................................................................................................................... - 17 - 心得体会....................................................................................................................... - 17 - 参考文献....................................................................................................................... - 18 -设计报告第1章概述1.1 课程设计的意义、目的1〕ANSYS模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性〔固有频率和振型〕，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷的重要参数，也可作为其他动力学分析的起点，是进行谱分析或模态叠加法普响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
一、平面桁架系统静力分析
已知：桁架结构如图，节点D作用载荷F，a=30cm,b=50cm，各杆横截面均为正方行，横截面积A=1平方厘米，材料为45#钢，外载荷F=2000N。
要求：给出有限元软件分析的主要步骤，参数设置，加载前后变形图，轴力及轴向应力图；并利用材料力学知识求出解析解，与有限元结果对比。
一、添加材料信息
双击static structural
弹出下图所示方框
双击engineering date 添加材料信息，包括材料名、材料密度、弹性模量、泊松比、拉伸屈服强度、拉伸极限强度等。
先点击refresh project 在点击return to project ，返回上个页面
双击geometry ，进入模型编辑页面。
选择单位为毫米。
点击XY坐标系开始画图。
点击sketching 进入绘图
点击dimensions标注尺寸，尺寸如下图所示：
图形如下：
点击XY plane下的sketch 1 ，选中它，再点击标题栏的concept下的lines from sketches ，再点击generate，最终生成线体。
如下图所示点击生成线体的横截面
设置线体的界面尺寸
最终生成如下图所示的立体
返回上个界面双击setup，进入网格划分界面进行网格划分
如上图所示添加网格的尺寸，结果如下
添加约束点如下
添加作用力如下图
添加材料如下图：
进行总得变形分析：
分析结果如下图所示：。
ansys桁架结构分析实例平面桁架的静力分析摘要：近些年来，ANSYS 工程软件在工程领域内运用的很多，在分析线性有限元模型上比其他软件更具有优势。
而在ANSYS 软件中最常用的是线性静力分析，尽管很多的材料不一样，但结果确基本一致。
本文主要是要对平面桁架进行静力分析。
关键字：线性；桁架；有限元；结构The plane truss static analysisAbstract ：ANSYS engineering software engineering field use in recent years, a lot, in the analysis of linear finite element model on more than any other software advantages. The most commonly used in ANSYS linear static analysis, although a lot of the material is not the same, but the result was consistent. This article is mainly for static analysis of plane truss.Key words：Linear; truss; finite element; structure1. 引言结构分析的四个基本步骤是：创建几何模型、生成有限元模型、加载与求解、结果评价与分析。
具体步骤与结构分析类型有关，并且有些步骤可以省略或相互之间交叉，如简单结构的几何模型创建过程可省略而直接创建有限元模型，加载可在处理层也可以在求阶层等，需要根据具体情况以便利原则而定。
2主要步骤结构线性静力分析步骤为：2.1创建几何模型（1）清楚当前数据库。
回到开始层：FINISH 命令。
清楚数据库的操作步骤要在开始层。
清楚数据库：/CLEAR命令。
第五节静定结构的内力分析四、静定平面桁架静定桁架是由若干根直杆在其两端用铰连接而成的静定结构。
在结点荷载作用下，桁架各杆均为只受轴力的二力杆。
静定桁架架内力分析的一般步骤是先求支座反力，再计算杆件内力。
计算杆件内力（轴力）的基本方法是结点法和截面法。
1 ．节点法和截面法截取析架的结点为隔离体，利用各结点的静力平衡条件来计算各杆件内力的方法，称为结点法。
对每一结点，可列出两个独立的投影平衡方程进行解算。
桁架计算中的截面法与其他结构计算的截面法原理相同。
截面法截取的隔离体上的各力（包括荷载、反力和杆件轴力）通常组成一个平面任意力系，因此只要未知力不多于三个，就可直接由三个平衡方程求出各未知力。
截面法中的平衡方程可以是力矩方程，也可以是投影方程。
【例 3 一18 】求图3 一47 （a ）所示桁架 1 、2 杆的内力。
该桁架是从一个基本铰接三角形ACF 开始，依次增加二元体FGC 、FDC 、GHD 、GED 、HIE 、H 刀E 和IJB 所组成，这种桁架称为简单桁架。
对于简单桁架，在求出支座反力后，如果采用结点法，则按照撤除二元体的顺序依次选取结点（本例可按J , I , B , H , E , G , D , C 顺序取），即可顺利求出所有杆件的内力。
本例只需求两根指定杆件的内力，为简化计算，可以联合应用结点法和截面法。
利用结点法，由结点I 可直接求出腹杆IE 的内力，再由结点 E 可求得1 杆的内力。
有了 1 杆的内力，在该杆所在节间截开，利用截面法可求得 2 杆的内力。
（ 1 ）求支座反力由整体结构的∑M A=0和∑M B=0 ，可得由∑Y=0校核计算无误。
（2 ）求2 杆内力取出结点I （图 3 -47b ），根据∑Y=0，有再取结点E （图3 -47c ），由∑Y=0得（3 ）求1 杆内力作截面m-m，并取左半部分为隔离体（图3 -47 d），根据∑Y=0。
有结点法和截面法是析架内力计算的通用方法。
实例1 桁架桥结构静力分析1)问题描述：本题是一个传统的桁架桥结构受重力荷载（节点荷载）的作用的静力分析，如图所示。
主要演示OpenSEES桁架单元在结构分析中的应用。
结构模型尺寸如下图所示，上弦杆与下弦杆采用H300x500x20x20型钢，所有的腹杆（斜杆）采用H300x300x15x15，顶部采力为4个100kN的集中力（不考虑自重影响），材料采用钢材，弹性模量E为200000MPa。
弹性分析，求解跨中变形值。
注意：本题开始就采用3D分析系统，不再采用2D分析系统，主要因为3D分析系统已包括2D的分析内容，用户可以举一反三了解2D问题的分析。
本书主要探讨OpenSEES的分析功能及操作使用，不会拘泥于建模的细节，如节点坐标的计算，单元连接的编排。
因此本书主要的建模会依靠笔者开发的ETO程序（ETABS TO OPENSEES）及ETABS程序进行建模，于是这里会谈及ETABS的一些简单操作。
通过ETABS进行建模，再导成OPENSEES的命令流，通过命令流介始OPENSEES实例结构分析的整个过程。
2)ETABS模型建模（1） 采用ETABS的可视化界面进行OpenSEES的建模。
打开ETABS程序，根据结构模型输入轴网的数据。
如下图所示。
选择Grid Only进行轴网建模，输入参数后只得到系统的轴网即可。
图轴网输入界面图 ETABS显示的轴网系统（2） 点击菜单【Define】→【Material Properties】输入材料参数，点击材料STEEL，将其参数弹性模量（Modulus of Elasticity）改为200000MPa即可。
注意：弹性材料的参数比较简单，一般只需要输入弹性模量E与泊松比μ，而剪切模量就通过弹性模量与泊松比计算得到。
非线性（弹塑性）材料的参数就比较复杂，以后面的章节会进行介绍。
图 ETABS材料定义（3） 点击菜单【Define】→【Frame Sections】输入截面参数。
实验二：平面桁架的静力分析一、平面桁架静力分析程序框图平面桁架静力分析程序名为PTSAP（Plane Truss Structural Analysis Program）。
其主要表示符说明如下：TL（20）——算例标题。
实型数组，输入参数。
NJ——结点总数。
整型变量，输入参数。
N——结构的自由度，即整体刚度矩阵阶数。
整型变量，输入参数。
NNE——单元总数。
整型变量，输入参数。
NMT——单元类型总数。
同类型单元E、A 相同。
整型变量，输入参数。
NPJ——结点荷载总数。
整型变量，输入参数。
JE——（2，100）——单元两端结点号数组。
整型变量，输入参数。
JN（2，100）——结点位移号数组。
整型变量，输入参数。
X（100）、Y（100）——结点坐标数组，X（I）、Y（I）分别为I 号结点的x 坐标、y 坐标。
JEA（100）——单元类型信息数组。
JEA（I）为第 I 单元的类型号，同类型的单元弹性模量横截面积相同。
整型变量，输入参数。
EA（2，25）——各类型单元的物理、几何性质数组。
EA（1，I）、EA（2，I）分别为第 I 类型单元的弹性模量、截面面积。
输入参数，实型数组。
JPJ(50)——结点荷载的位移号数组。
JPJ(I)为与第 I 个结点荷载相应位移分量的位移号。
整数数组，输入参数。
PJ(50)——结点荷载的位移号数组。
PJ(I)为与第I 个结点荷载的数值。
实型数组，输入参数。
M(4)——单元定位数组，及单元两端的位移号数组。
整型变量，输入参数。
AK(200,200)——存结构整体刚度矩阵的上半带元素。
AKE(4,4)——存整体坐标系下单元刚度矩阵。
T（4，4）——存坐标变换矩阵或其转值矩阵。
P(200)——结点荷载。
解方程后，存结点位移。
FE（4）——存整体坐标系下单元刚度矩阵与单元杆端位移的乘积。
F(4)——先存整体坐标系下的单元杆端位移，后存局部坐标下单元杆端力列阵。
FF（100）——单元轴力数组。
平面桁架知识点总结一、平面桁架概述平面桁架是由一组杆件和节点连接而成的结构系统，用于支撑和传递荷载。
平面桁架通常用于梁和柱的支撑和加固，能够有效提高结构的抗弯和抗压能力。
平面桁架结构设计合理、结构简单、施工方便，因此在建筑结构和机械结构中得到广泛应用。
二、平面桁架的结构特点1. 简单性：平面桁架结构由杆件和节点连接构成，结构简单明了，易于设计和施工。
2. 刚度大：平面桁架结构能够有效提高结构的刚度和稳定性，能够承受较大的荷载。
3. 重量轻：平面桁架由轻质杆件组成，结构本身重量轻，对建筑结构的静载和动载影响小。
4. 施工方便：平面桁架结构组件制作精度高，易于加工和安装，适合批量生产和现场安装。
5. 节能环保：平面桁架结构由金属材料组成，具有较高的回收利用价值，符合节能环保的要求。
三、平面桁架的设计原则1. 结构稳定性：平面桁架的设计要求结构稳定性好，能够承受额定荷载和外部环境的影响。
2. 刚度要求：平面桁架的刚度要求较高，需能够有效抵抗外部荷载引起的变形和挠曲。
3. 材料选型：平面桁架结构材料应具有较高的强度和刚度，能够满足设计要求。
4. 连接形式：平面桁架连接节点应采用合适的连接形式，能够满足结构的稳定性和刚度要求。
5. 施工方便：平面桁架设计要求易于制造和现场安装，能够满足施工的要求。
四、平面桁架的应用领域1. 建筑结构：平面桁架广泛应用于大跨度建筑、体育馆、展览馆、会议中心等建筑结构上的支撑和加固。
2. 机械结构：平面桁架常用于机械设备的支撑和加固上，能够有效提高设备稳定性和承载能力。
3. 航空航天：平面桁架是飞机机翼和机身结构的常见构件，能够有效提高飞机的结构强度和稳定性。
4. 汽车制造：平面桁架在车身结构中得到广泛应用，能够提高汽车的抗振和抗压能力。
五、平面桁架的设计流程1. 确定结构形式：根据实际应用需求确定平面桁架的结构形式，包括单层桁架、多层桁架、不等高桁架等。
2. 静力分析：对平面桁架进行静力学分析，确定结构受力状态和设计荷载。
力08创新实践平面桁架的静力学分析学号班级姓名指导教师完成日期2011年11月25日平面桁架的静力学分析摘要：平面桁架的静力分析，是工程中的重要环节。
题目就是一个平面桁架经理分析的典型例子，本文通过有限元法，通过ANSYS语言，清晰地计算出了桁架的节点位移和个支座反力。
关键词：平面桁架静力分析有限元ANSYS引言:1.有限元分析的基本理论有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。
有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。
有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。
经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。
2.有限元求解问题的基本步骤第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。
第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。
显然单元越小（网络越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。
平面桁架系统静力分析
已知：桁架结构如图，节点D作用载荷F，a=30cm，b=50cm，各杆横截面均为正方形，横截面积A=1cm2，材料为45#钢，外载荷F=2000N。
要求：给出有限元软件分析的主要步骤、参数设置，加载前后变形图，轴力及轴向应力图；并利用材料力学知识求出解析解，与有限元结果对比。
图一：桁架结构
1、先在workbench中进行建模.
2、在concept中点击line from sketches，选择画好的草图，generate生成，然后生成截面形状，在concept（cross section中）选为矩形rectangular，details view中设置截面尺寸，生成截面，
如下图。
3、点击结构树中line body， details view中设置cross section为画好的rect2，点击generate生成line body，如下图。
4、添加材料参数，在engineering data中添加新材料，45号钢密度为7890 kg/m3，杨氏模量为209GPa，泊松比比为0.269。
更新model并打开，点击结构树中的line body，在details view中的assignment中添加45号钢。
5、网格划分，点击mesh，修改网格尺寸，此处设置为5mm生成后如下图。
6、施加约束和载荷，在static structural中insert下添加fixed support和fixed rotation，在最上部的节点处施加载荷，如下图。
7、添加分析项，在solution中insert下加入轴力，变形，和轴向应力图（beam tool中），然后进行solution，如下图。
图1-1 加载前后变形图
图1-2 轴力图
图1-3 轴向应力图
由材料力学分析知：最大轴向力为884.56N，最小轴向力为650.41N，最大位移为0.02106mm,最大轴应力8.8MPa,最小轴应力6.5MPa。
由ANSYS分析知：最大轴向力为884.5N，最小轴向力为650.37N，最大位移发生在三杆铰接处，为0.02116mm,最大轴应力8.845MPa，最小轴应力6.5037MPa。
对比可知，两种方法在误差允许的条件下，结论是一致的。
