ANSYS的可靠性分析实例 PDS例题

【ANSYS 算例】3.4.2(1) 基于图形界面的桁架桥梁结构分析(step by step)下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。

背景素材选自位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988)，见图3-22。

该桁架桥由型钢组成，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3-6。

桥长L=32m,桥高H=5.5m 。

桥身由8段桁架组成，每段长4m 。

该桥梁可以通行卡车，若这里仅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P 1 ，P 2和P 3 ，其中P 1= P 3=5000 N, P 2=10000N ，见图3-23。

图3-22位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988)图3-23 桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)表3-6 桥梁结构中各种构件的几何性能参数构件 惯性矩m 4 横截面积m 2顶梁及侧梁(Beam1) 643.8310m -⨯322.1910m -⨯ 桥身弦梁(Beam2) 61.8710-⨯31.18510-⨯ 底梁(Beam3)68.4710-⨯ 33.03110-⨯解答 以下为基于ANSYS 图形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。

(1) 进入ANSYS （设定工作目录和工作文件）程序 → ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory （设置工作目录）→ Initial jobname （设置工作文件名）:TrussBridge → Run → OK(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu ：Preferences… → Structural → OK(3) 定义单元类型ANSYS Main Menu：Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Beam: 2d elastic 3 →OK（返回到Element Types窗口）→Close(4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants…→Add/Edit/Delete →Add…→select Type 1 Beam 3 →OK →input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Izz: 3.83e-6(1号实常数用于顶梁和侧梁) →Apply →input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6 (2号实常数用于弦杆) →Apply →input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，Izz: 8.47E-6 (3号实常数用于底梁) →OK (back to Real Constants window) →Close (the Real Constants window)(5) 定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比及弹性模量) →OK →Density(定义材料密度) →input DENS: 7800, →OK →Close（关闭材料定义窗口）(6) 构造桁架桥模型生成桥体几何模型ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0 →Apply →同样输入其余15个特征点坐标（最左端为起始点，坐标分别为(4,0), (8,0), (12,0), (16,0), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4,5.5), (8,5.5), (12,5.5), (16.5.5), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5)）→Lines →Lines →Straight Line →依次分别连接特征点→OK网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Attributes →Picked Lines →选择桥顶梁及侧梁→OK →select REAL: 1, TYPE: 1 →Apply →选择桥体弦杆→OK →select REAL: 2, TYPE: 1 →Apply →选择桥底梁→OK →select REAL: 3, TYPE:1 →OK →ANSYS Main Menu：Preprocessor →Meshing →MeshTool →位于Size Controls下的Lines：Set →Element Size on Picked →Pick all →Apply →NDIV：1 →OK →Mesh →Lines →Pick all →OK (划分网格)(7) 模型加约束ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural→Displacement →On Nodes →选取桥身左端节点→OK →select Lab2: All DOF(施加全部约束)→Apply →选取桥身右端节点→OK →select Lab2: UY(施加Y方向约束)→OK(8) 施加载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20）→OK →select Lab: FY，Value: -5000 →Apply →选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16）→OK →select Lab: FY，Value: -10000 →OK →ANSYS Utility Menu：→Select →Everything(9) 计算分析ANSYS Main Menu：Solution →Solve →Current LS →OK(10) 结果显示ANSYS Main Menu：General Postproc →Plot Results →Deformed shape →Def shape only →OK （返回到Plot Results）→Contour Plot →Nodal Solu →DOF Solution, Y-Component of Displacement →OK（显示Y方向位移UY）(见图3-24(a))定义线性单元I节点的轴力ANSYS Main Menu →General Postproc →Element Table →Define Table →Add →Lab: [bar_I], By sequence num: [SMISC,1] →OK →Close定义线性单元J节点的轴力ANSYS Main Menu →General Postproc →Element Table →Define Table →Add →Lab: [bar_J], By sequence num: [SMISC,1] →OK →Close画出线性单元的受力图(见图3-24(b))ANSYS Main Menu →General Postproc →Plot Results →Contour Plot →Line Elem Res →LabI: [ bar_I], LabJ: [ bar_J], Fact: [1] →OK(11) 退出系统ANSYS Utility Menu：File →Exit →Save Everything →OK(a)桥梁中部最大挠度值为0.003 374m (b)桥梁中部轴力最大值为25 380N图3.24 桁架桥挠度UY以及单元轴力计算结果【ANSYS算例】3.4.2(2) 基于命令流方式的桁架桥梁结构分析!%%%%% [ANSYS算例]3.4.2(2) %%%%% begin %%%%%%!------注：命令流中的符号$，可将多行命令流写成一行------/prep7 !进入前处理/PLOPTS,DA TE,0 !设置不显示日期和时间!=====设置单元和材料ET,1,BEAM3 !定义单元类型R,1,2.19E-3,3.83e-6, , , , , !定义1号实常数用于顶梁侧梁R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0, !定义2号实常数用于弦杆R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0, !定义3号实常数用于底梁MP,EX,1,2.1E11 !定义材料弹性模量MP,PRXY,1,0.30 !定义材料泊松比MP,DENS,1,,7800 !定义材料密度!-----定义几何关键点K,1,0,0,, $ K,2,4,0,, $ K,3,8,0,, $K,4,12,0,, $K,5,16,0,, $K,6,20,0,, $K,7,24,0,, $K,8,28,0,, $K,9,32,0,, $K,10,4,5.5,, $K,11,8,5.5,, $K,12,12,5.5,, $K,13,16,5.5,, $K,14,20,5.5,, $K,15,24,5.5,, $K,16,28,5.5,,!-----通过几何点生成桥底梁的线L,1,2 $L,2,3 $L,3,4 $L,4,5 $L,5,6 $L,6,7 $L,7,8 $L,8,9!------生成桥顶梁和侧梁的线L,9,16 $L,15,16 $L,14,15 $L,13,14 $L,12,13 $L,11,12 $L,10,11 $L,1,10!------生成桥身弦杆的线L,2,10 $L,3,10 $L,3,11 $L,4,11 $L,4,12 $L,4,13 $L,5,13 $L,6,13 $L,6,14 $L,6,15 $L,7,15 $L,7,16 $L,8,16!------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性LSEL,S,,,9,16,1,LA TT,1,1,1,,,,!-----选择桥身弦杆指定单元属性LSEL,S,,,17,29,1,LA TT,1,2,1,,,,!-----选择桥底梁指定单元属性LSEL,S,,,1,8,1,LA TT,1,3,1,,,,!------划分网格AllSEL,all !再恢复选择所有对象LESIZE,all,,,1,,,,,1 !对所有对象进行单元划分前的分段设置LMESH,all !对所有几何线进行单元划分!=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解/soluNSEL,S,LOC,X,0 !根据几何位置选择节点D,all,,,,,,ALL,,,,, !对所选择的节点施加位移约束AllSEL,all !再恢复选择所有对象NSEL,S,LOC,X,32 !根据几何位置选择节点D,all,,,,,,,UY ,,,, !对所选择的节点施加位移约束ALLSEL,all !再恢复选择所有对象!------基于几何关键点施加载荷FK,4,FY ,-5000 $FK,6,FY ,-5000 $FK,5,FY ,-10000/replot !重画图形Allsel,all !选择所有信息(包括所有节点、单元和载荷等)solve !求解!=====进入一般的后处理模块/post1 !后处理PLNSOL, U,Y , 0,1.0 !显示Y 方向位移PLNSOL, U,X, 0,1.0 !显示X 方向位移!------显示线单元轴力------ETABLE,bar_I,SMISC, 1ETABLE,bar_J,SMISC, 1PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1 !画出轴力图finish !结束!%%%%% [ANSYS 算例]3.4.2(2) %%%%% end %%%%%%四杆桁架结构的有限元分析下面针对【典型例题】3.2.5(1)的问题，在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。

基于蒙特卡洛法的结构可靠性分析王元帅;刘玉石;朱宜生【摘要】传统的结构分析方法常采用安全系数法,然而安全系数法没有考虑各参数的随机特性,只是将所有参数考虑为确定值,为了确定各参数的随机性对结构分析结果的影响,本文利用蒙特卡洛法进行结构可靠性分析.方法:通过ANSYS自带的概率有限元分析模块PDS,利用APDL参数化建模方法建立分析文件,结合蒙特卡洛模拟抽样,计算结构可靠度及灵敏度等参数.通过孔板这一典型工程算例计算其可靠度,计算结果显示在给定的边界条件下及载荷下,孔板结构的可靠度为94.4％.利用PDS 模块结合蒙特卡洛法对结构进行可靠性分析具有一定的实用性和有效性.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2018(036)005【总页数】6页(P41-45,57)【关键词】蒙特卡洛法;结构可靠性分析;ANSYS-PDS【作者】王元帅;刘玉石;朱宜生【作者单位】中国船舶重工集团第七二三研究所,扬州 225001;中国船舶工业电工电子设备环境与可靠性试验检测中心,扬州 225001;中国船舶重工集团第七二三研究所,扬州 225001;中国船舶工业电工电子设备环境与可靠性试验检测中心,扬州225001;中国船舶重工集团第七二三研究所,扬州 225001;中国船舶工业电工电子设备环境与可靠性试验检测中心,扬州 225001【正文语种】中文【中图分类】TQ051.31 结构可靠性分析传统的结构设计方法安全系数法没有考虑结构分析中各参数的变异性，将所有参数均考虑为确定值，因而具有一定的局限性[1]。

根据概率统计学原理以及实际工程情况，结构分析中的各参数均具有一定的不确定性及随机性，结构可靠性分析就是一种考虑各参数随机特性的结构分析方法。

考虑了结构的几何尺寸、载荷特性、材料属性、加工过程及工作环境中的各种不确定性[2]，将结构强度、结构载荷及几何尺寸等参数视为随机变量，因此作为一种现代结构设计方法逐渐得到学者的重视。

ansys分析可靠度2007-11-11 10:29:41| 分类：Ansys特辑|举报|字号订阅关于ansys分析可靠度的问题,他有两种方法：monte-carlo和响应面法。

在现在的可靠度分析中monte-carlo法有中心点抽样法、直接重要抽样法、更新重要抽样法、渐进重要抽样法、方向抽样法，这里的中心点抽样法是最古老、效率最低的一种，但ansys里只有这一种方法，只是在抽样选点时有不同的两种选择；并且，monte-carlo在工程计算中只用于校合，不能用于工程实践；中心点抽样法在计算中一般要进行计算次数的讨论：当可靠指标为1.0时，失效概率1.5866E-01；当可靠指标为2.0时，失效概率2.275E-02；当可靠指标为3.0时，失效概率1.3499E-03；当可靠指标为4.0时，失效概率3.1671E-05；一般结构的可靠指标为2-4，假设计算结构的可靠指标为3.0，此时的最少有限元计算次数为1/1.3499E-03（由于在计算过程中的多维变量随机选点不理想等原因，实际的计算次数远大于此），这对于写论文还可以，对于实际复杂的体系可靠度而言，是没法完成的；下面我们来讨论一下ansys响应面法以及构件可靠度和体系可靠度：响应面法计算可靠度不需要monte-carlo那么多次的有限元计算，对于构件可靠度他是现在一个很热门的研究方法，但是，对于体系可靠度，他没有考虑体系可靠度的失效模式；现在对于体系可靠度有两种认识：一种认为体系可靠度是由构件可靠度构成的，只有先知道构件可靠度，才能知道体系可靠度，要知道体系失效，先知道构件失效及其失效路径，在这方面大连理工大学的许林博士和张小庆博士开发了一套程序（程序思想是以上面的体系可靠度的认识为理论基础），程序的流程如下：利用经过二次开发生成的新的ANSYS，进行可靠度计算的具体运算过程为：1) 利用APDL建立结构分析文件和优化文件；2) 运行ANSYS的批处理方式，利用分析文件建立模型、进行结构分析与敏度分析；3) 进入用户优化模块完成可靠度分析的一次迭代过程；4) 重新利用分析文件建立模型、进行结构分析与敏度分析；5) 根据结构分析函数值和敏度值，以及前一点的结构分析函数值，用前面介绍的近似曲面构造法寻求拟合误差最小的近似极限状态函数；6) 对上一步得到的近似函数进行可靠度分析；7) 比较两次计算结果收敛与否，是则结束迭代，否则转到第4步，进行下一轮迭代。

第３３卷第３５期２００７年１２月山西建筑ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨｌｌＥＣＴＩ７ｌｉＥＶｄ．３３Ｎｏ．３５Ｄｅｃ．２００７·８５·文章编号：１００９．６８２５｛２００７｝３５—００８５—０２基于ＡＮＳＹＳ的可靠性分析晁成新摘要：介绍了结构可靠性的基本原理和基本分析方法，利用ＡＮＳＹＳ中的可靠性分析工具——ＰｍｂａｂｉｌｉｓｔｉｃＤｅｓｉｇｎ，对框架结构的可靠性进行了分析，实例证明：该方法可得到比较精确的可靠度指标和失效概率，但是其效率不高，需要对其抽样方法进行改进。

关键词：可靠性，失效概率，蒙特卡罗，框架结构中图分类号：ＴＵ３１１．２文献标识码：Ａ１基本概念结构的安全性、适用性、耐久性统称结构的可靠性…１。

工程结构要求具有一定的可靠性，因为结构在设计、施工、使用过程中具有种种影响其安全、适用、耐久的不确定性。

对影响结构行为的这些不确定因素进行分析称之为结构可靠度分析，它是结构计算、设计内容的重要组成部分。

在结构可靠度分析中，采用功能函数表达结构的极限状态，其形式为：Ｇ（Ｘ）＝Ｒ—Ｓ，其中，随机矢量Ｘ＝（ｚ１，ｚ２，…，ｚ。

）表征了工程中存在的不确定信息，如材料参数、几何尺寸、荷载的随机性等；Ｒ为结构抗力；Ｓ为结构的综合效应。

当Ｇ（ｘ）＞０时，结构处于安全状态；当Ｇ（Ｘ）＝０时，结构处于极限状态；当Ｇ（Ｘ）＜０时，结构处于失效状态。

结构的失效概率为：Ｐ，＝ＰＥＧ（ｘ）＜０］＝ｌ，，ｆ（ｘ）ａｘ（１）其中，，（Ｘ）为随机矢量Ｘ的联合概率密度函数。

２基本分析方法２．１蒙特卡罗法蒙特卡罗法又称为随机模拟法，该法是依据统计抽样理论，利用计算机研究随机变量的数值计算方法。

理论上，模拟的方法可以应用于大型复杂系统，通常当得不到解析解或解析解无效时采用蒙特卡罗法。

该法又是唯一的检验或者评价近似解的方法，是目前系统可靠度分析中的相对精确法。

由概率定义可知，某事件的概率可以用大量试验中该事件发生的频率来估算，而蒙特卡罗法的主要任务是根据确定的概率分布产生随机数。