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第9章桁架和梁的有限元分析第1节基本知识一、桁架和梁的有限元分析概要1．桁架杆系的有限元分析概要桁架杆系系统的有限元分析问题是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑的屋顶、机械的机架及各类空间网架结构等多种场合。
桁架结构的特点是，所有杆件仅承受轴向力，所有载荷集中作用于节点上。
由于桁架结构具有自然离散的特点，因此可以将其每一根杆件视为一个单元，各杆件之间的交点视为一个节点。
2．梁的有限元分析概要梁的有限元分析问题也是是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑、机械、汽车、工程机械、冶金等多种场合。
梁结构的特点是，梁的横截面均一致，可承受轴向、切向、弯矩等载荷。
根据梁的特点，等截面的梁在进行有限元分析时，需要定义梁的截面形状和尺寸，用创建的直线代替梁，在划分网格结束后，可以显示其实际形状。
二、桁架和梁的常用单元桁架和梁常用的单元类型和用途见表９-1。
表９-1 桁架和梁常用结构实体单元列表通过对桁架和梁进行有限元分析，可得到其在各个方向的位移、应力并可得到应力、位移动画等结果。
第2节 桁架的有限元分析实例一、案例1——2D 桁架的有限元分析图9-1 人字形屋架的示意图问题 人字形屋架的几何尺寸如图9-1所示。
杆件截面尺寸为0.01m 2，试进行静力分析，对人字形屋架进行静力分析，给出变形图和各点的位移及轴向力、轴力图。
条件人字形屋架两端固定，弹性模量为2.0×1011 N/m 2，泊松比为0.3。
解题过程制定分析方案。
材料弹性材料，结构静力分析，属2D 桁架的静力分析问题，选用Link1单元。
建立坐标系及各节点定义如图9-1所示，边界条件为1点和5点固定，6、7、8点各受1000 N 的力作用。
1．ANSYS 分析开始准备工作（1）清空数据库并开始一个新的分析 选取Utility>Menu>File>Clear & Start New ，弹出Clears database and Start New 对话框，单击OK 按钮，弹出V erify 对话框，单击OK 按钮完成清空数据库。
【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土拱桥结构及受力特点分析某中承式钢管混凝土拱桥拱肋的理论计算跨径为152m，拱肋直径1.5m，厚度为2cm，内部浇筑C50混凝土，计算矢高为47m，矢跨比为1/3，拱肋拱轴线采用倒悬链线，拱轴系数为1.55。
拱肋采用圆形截面，主梁采用扁平流线形钢箱截面，拱肋设18对吊杆。
下部结构为钢筋混凝土拱座及承台接钻孔灌注桩基础。
桥面铺装采用6cm 厚环氧沥青。
钢箱梁主体结构均采用Q345-C钢，钢箱拱肋结构采用Q345D钢，其技术指标应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）的相关要求，盖梁及墩柱采用C40混凝土，拱座及承台采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。
桥梁设计荷载为公路-I级，人群荷载5.0KN/m2；环境类别为II类；设计安全等级为一级。
Midas/Civil有限元模型使用Midas/Civil建立全桥模型，本桥3D模型按照桥梁设计选择相应的材料和截面特性。
模型划分共计368个节点，378个单元，其中梁单元360个，桁架单元18个，考虑到的各作用效应有：（1）恒载：自重以及设计荷载；（2）均匀温度：结构因均匀温升、温降，梯度温升、温降产生的作用效应按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定计算。
（3）支座沉降：支座不均匀沉降按1cm考虑。
（4）车辆荷载：按最不利车辆荷载考虑，车辆为公路—I级五车道，人群荷载为5.0KN/m。
本桥考虑2.5%的桥梁纵坡。
模型节点单元见图3。
其中，拱肋单元编号为155~322，共计167个单元。
图1 钢管混凝土拱桥有限元模型永久作用分项系数按照作用对结构承载能力不利的情况选取，可变作用分项系数按照规范的要求进行取值。
各荷载组合系数见表3。
表3 荷载组合系数名称荷载工况组合系数结构恒载自重+二期1.1车辆荷载公路—Ⅰ级1.4支座沉降1cm 1.0温度荷载±20℃ 0.7计算结构自重+二期+车辆荷载+升、降温效应（±20℃）+支座沉降（1cm）作用下的拱肋内力。
可编辑修改精选全文完整版有限元分析中的结构静力学分析怎样才能做好1 概述结构有限元分析中，最基础、最根本、最关键、最核心同时也是最重要的一种分析类型就是“结构静力学分析”。
静力学分析可用于与结构相关、与流体相关、与电磁相关以及与热相关的所有产品；静力学分析是有限元分析的根基，是有限元分析的灵魂。
2 基础理论结构静力学按照矩阵的形式可表示为微分方程：[K]{x}+{F}=0其中，[K]代表刚度矩阵，{x}代表位移矢量，{F}代表静载荷函数。
由此可知，结构静力学有限元分析过程就是求解微分方程组的过程。
2.1 三个矩阵的说明静力学分析微分方程组三个矩阵进一步说明：[K]代表刚度矩阵。
举例说明，如果用手折弯一根筷子，假设筷子是钢材料的，比较硬，很难折断；假设筷子是常规木材的，比较脆，基本上都能折断。
这里筷子断与不断的本质并不是钢或者木材，而是钢或者木材表在筷子上表现出来的刚度（或者叫硬度），这里刚度用计算机数值分析的方式来描述，就是刚度矩阵。
{x}代表位移矢量。
举例说明，一把椅子，如果有人偏瘦，坐在椅子上，椅面基本不下沉；如果有人偏胖，坐在椅子上，椅面会有明显下沉（谁坐谁知道...），此时，椅面的下沉量，可用位移矢量来表示。
{F}代表静载荷函数，也是静力学分析的关键。
举例说明，上面筷子例子中，手腕对筷子的作用，就是一种载荷（或者叫外力、荷载、负荷、承重等）；上面椅子例子中，人对椅子表面的作用，也是一种载荷。
这些载荷在大多数情况下，没有明显的快慢效应，就可用静载荷函数来表示。
2.2 静力学分析中的载荷说明静载荷函数本质说明：假设1，相同一根筷子，又假设筷子比较粗（或者说是几根筷子捆绑在一起）：双手慢慢用1 / 5力，筷子难断；双手快速用力，筷子难断，此时慢慢折弯的效果就可以理解为静力学过程。
假设2，相同椅子：慢慢坐下去，椅子没有明显晃动；快速坐下去，椅子没有明显下沉与晃动，此时慢慢坐在椅子上的过程就可以理解为静力学过程。
M形空间钢管桁架屋盖结构方案设计及有限元分析摘要: 本文对M形空间钢桁架屋盖进行了结构方案设计，分别在结构①面和②面设计采光面，提出了两种结构方案。
采用Midas/Gen软件对两种结构方案进行了有限元分析，得出了主要受力构件的应力-应变状态，计算结果显示两种方案应力比均满足要求，截面较小的方案通过起拱挠度满足要求。
随后本文对支座连接进行了初步设计，为同类工程改造设计提供了参考。
关键词: 多折屋盖，方案设计，有限元分析，支座连接Abstract: In this paper, the structural design of the M-shaped space steel truss roof is presented. Two structural schemes are proposed respectively on front and back lighting surface. By using finite element analysis software Midas/Gen, the paper figures out the main stress component s’ stress-strain state of two schemes. The calculation results show that the two schemes can satisfy the requirement of stress ratio, and the smaller section meets the requirements through arching deflections. After that, this paper gives a preliminary design of the support connection, which provides a reference for the design of similar projects.Keywords: multiple-folding roof, conceptual design, finite element analysis，joints of support0项目概述随着经济的发展和科学技术的不断进步，人们对结构的空间和跨度的要求越来越高。
矩形钢管混凝土桁架受力性能的有限元分析的开题报告一、研究背景与意义矩形钢管混凝土桁架是一种由角钢组成的网架结构，具有较高的承载能力、刚度和稳定性等优点，广泛应用于建筑、桥梁、机场、体育馆等工程领域。
矩形钢管混凝土桁架在使用过程中受到多种载荷的作用，如自重、活载、温度、风载、地震等。
为了确保桁架的安全可靠，必须对其受力性能进行分析和设计。
有限元分析是一种有效的工程计算方法，可用于分析和优化结构的受力性能。
通过有限元分析，可以计算出结构的受力状态、位移、应力和应变等参数，并评估其结构安全性。
矩形钢管混凝土桁架是一种复杂的结构体系，需要运用有限元分析方法进行模拟计算。
因此，对于矩形钢管混凝土桁架受力性能的有限元分析研究，对于引导其设计和改进具有重要的意义。
本文旨在通过对矩形钢管混凝土桁架的有限元分析，探究其受力性能，并提出改进方案，以保证其在实际工程中的稳定性和安全性。
二、研究内容1. 矩形钢管混凝土桁架的结构形式及受力特点的分析；2. 建立矩形钢管混凝土桁架的有限元模型；3. 分析矩形钢管混凝土桁架受力性能，并进行数值计算；4. 对矩形钢管混凝土桁架的受力性能进行评估，并提出改进方案；三、研究方法1.通过文献调研和实地调查，分析矩形钢管混凝土桁架的结构形式和受力特点；2.基于ANSYS有限元分析软件，建立矩形钢管混凝土桁架的有限元模型，并进行受力分析和模拟计算；3.利用有限元计算结果，分析矩形钢管混凝土桁架的受力性能，并进行评估；4.通过结构优化和改进方案，提出改进矩形钢管混凝土桁架的措施。
四、预期成果1.对矩形钢管混凝土桁架受力性能进行深入的分析、研究；2.建立矩形钢管混凝土桁架的有限元模型，并进行模拟计算，掌握其受力情况；3.对矩形钢管混凝土桁架的受力性能进行评估，并提出改进方案，为实际工程提供技术支持。
五、拟定计划1. 确定研究方向和目标，以及研究方法和技术路线；2. 进行文献调研和实地调查，查阅相关资料和文献；3. 利用ANSYS软件建立矩形钢管混凝土桁架的有限元模型，并确定计算参数；4. 计算矩形钢管混凝土桁架在不同载荷下的受力情况；5. 分析计算结果，评估矩形钢管混凝土桁架的受力性能，提出改进方案；6. 撰写研究报告，进行成果汇报。
有限元上机分析报告学院：机械工程专业及班级：机械设计及其自动化08级7班姓名：王浩煜学号：20082798题目编号： 21.题目概况1.1 结构组成和基本数据结构：该结构为一个六根杆组成的桁架结构，其中四根杆组成了直径为800cm的正方形，其他两根杆的两节点为四边形的四个角。
材料：该六根杆截面面积均为100cm2，材料均为Q235，弹性模量为200GPa，对于直径或厚度大于100mm的截面其强度设计值为190Mpa。
载荷：结构的左上和左下角被铰接固定，限制了其在平面内x和y方向的位移，右上角受到大小为2000KN的集中载荷。
结构的整体状况如下图所示：1.2 分析任务该分析的任务是对该结构的静强度进行校核分析以验算该结构否满足强度要求。
2.模型建立2.1 物理模型简化及其分析由于该结构为桁架结构，故认为每根杆件只会沿着轴线进行拉压，而不会发生弯曲和扭转等变形。
结构中每根杆为铰接连接，有集中载荷作用于最上方的杆和最右方杆的铰接点。
2.2单元选择及其分析由于该结构的杆可以认为是只受拉压的杆件，故可以使用LINK180单元，该单元是有着广泛工程应用的杆单元，它可以用来模拟桁架、缆索、连杆、弹簧等等。
这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动。
就像铰接结构一样，不承受弯矩。
输入的数据有：两个节点、横截面面积（AREA）、单位长度的质量(ADDMAS)及材料属性。
输出有：单元节点位移、节点的应力应变等等。
由此可见，LINK180单元适用于该结构的分析。
3.3 模型建立及网格划分（1）启动Ansys软件，选择Preferences→Structural，即将其他非结构菜单过滤掉。
（2）选择单元类型：选择Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete→Add，在出现的对话框中选择Link→3d finit stn 180，即LINK180，点击“OK”（3）选择实常数：选择Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete→Add，在出现的对话框中的Cross-sectional area中输入100，点击“OK”。
带有芯钢管的圆钢管混凝土中节点抗震性能有限元
分析的开题报告
1.研究背景与意义
随着建筑工程的发展，抗震性能对于建筑物的安全变得越来越重要。
在地震中，经常会出现节点破坏的情况，尤其是在高层建筑中更为常见。
因此，研究节点抗震性能和提高其抗震能力对于保障建筑安全具有十分
重要的实际意义。
芯钢管圆钢管混凝土结构是一种新型的结构形式，其较传统的混凝
土结构具备更高的抗震能力以及更大的受力性能，因此在高层建筑工程
中得到了广泛应用。
然而，该结构形式的节点抗震性能研究尚不充分。
因此，本文拟通过有限元分析来研究带有芯钢管的圆钢管混凝土结构的
节点抗震性能，以期为今后的结构设计提供有益参考。
2.研究内容及方法
本文将以三维有限元分析为主要研究方法，通过软件ABAQUS建立
建筑物的三维模型，并在其中设置节点和荷载，按照地震动的实际特点
进行加速度时间历程的输入，从而进行节点受力分析。
具体来说，研究将分为以下几个步骤：
(1)建立芯钢管圆钢管混凝土结构的三维模型
(2)设置节点和荷载，并设定地震动的加速度时间历程
(3)进行节点的受力分析，分析节点的受力情况，并评估节点抗震性
能
(4)通过分析结果提出提高节点抗震能力的建议
3.预期成果与意义
通过有限元分析，本研究将得出带有芯钢管的圆钢管混凝土结构在地震中节点的受力分析结果，并分析其抗震性能。
同时，研究结果将为今后该结构形式的设计和改进提供有益的参考依据，为提高建筑物的抗震能力提供理论支持。
