基于ANSYS软件的梁系结构有限元分析

基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析共3篇基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析1混凝土结构是我们生活和工作环境中不可或缺的部分。

为了保证结构的安全性和耐久性，需要进行大量的试验和分析。

钢筋混凝土结构试验有限元分析是其中一种方法，本文将介绍如何基于ANSYS进行试验有限元分析。

1、前期准备工作进行钢筋混凝土结构试验有限元分析前，需要进行一些前期准备工作。

首先要确定模型的尺寸和几何形状，包括梁的长度、宽度和高度，钢筋的数量和材料等信息。

其次是建立材料模型。

钢筋和混凝土的本构关系可以参考各种规范和文献，例如ACI318和EHE等。

最后是进行荷载和边界条件的设置。

这些参数可以根据试验的要求进行设定。

2、建立有限元模型通过ANSYS软件建立钢筋混凝土结构的有限元模型。

其中，混凝土部分采用可压缩性线性弹性模型；钢筋采用弹塑性模型，可以考虑材料的塑性性质。

首先，选择适当的元素类型，包括梁单元和实体单元。

对于梁单元，要选择适当的截面类型和断面参数。

对于实体单元，要确定网格的大小和形状。

然后，按照模型的几何形状和材料参数设置单元类型和属性。

最后，进行单元的划分和网格生成，调整边界条件，使其与试验条件保持一致。

3、分析和结果在模型准备就绪之后，进行分析和结果的处理。

首先，定义荷载和边界条件，可以模拟多种加载模式，例如单点荷载、均布荷载、自重等。

然后，进行静态分析或动态分析。

静态分析可以计算结构的变形、应力和应变等参数；动态分析可以模拟结构在地震、风等自然灾害下的响应。

最后，进行结果的处理和分析。

包括可视化、动画演示、应力云图、位移云图等，能够对计算结果进行全方位的检查和分析。

综上所述，基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析是一种非常有用的手段，可以帮助工程师更准确地评估结构的安全性和耐久性。

它具有良好的可靠性和可操作性，可在较短的时间内快速建立模型和分析结果。

基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析2钢筋混凝土结构是目前建筑工程最常用的一种结构形式，其优点在于承载能力强、耐久性好、施工方便等。

基于ANSYS吊车支撑梁的分析设计及优化研究ANSYS是基于有限元理论的大型通用有限元分析软件。

它广泛应用于工程设计、结构仿真、材料分析、热力学分析等领域。

在工程设计中，吊车支撑梁作为一个承受重载的重要结构零件，需要经过分析设计及优化研究，确保其高效、安全、可靠。

通过ANSYS分析，在进行吊车支撑梁设计时，需要首先建立模型。

模拟吊车支撑梁几何尺寸、材料性质以及负荷情况等，生成三维有限元模型。

同时，需要确定边界条件，包括支撑条件、连接方式、边缘约束等。

然后通过加工工艺处理模型进行悬挂，获得吊车支撑梁的负荷合理分布。

在分析设计和优化研究方面，ANSYS提供了多种解决方案。

其中，结构力学分析是最常用的分析方法。

它能够模拟材料弹性、塑性、损伤和破坏等现象，并计算出各种应力、位移、变形等物理量。

通过仿真分析，可以评估吊车支撑梁的强度、刚度、稳定性等性能指标，为后续优化研究提供基础。

优化研究的目标是通过改变设计参数，提高吊车支撑梁的性能，降低成本，减少材料浪费等。

ANSYS提供了一系列的优化工具，包括灵敏度分析、优化算法、参数化设计等。

在吊车支撑梁的设计优化中，可以利用其中的优化算法，通过最大化性能、最小化成本等目标函数，自动寻找最优解。

同时，可以通过参数化设计，设置设计变量进行批量优化研究，以寻找全局最优解。

在吊车支撑梁的分析设计及优化研究中，ANSYS是重要的工具。

它不仅提供了准确的仿真分析，而且提供了强大的优化研究功能，为用户节约了时间和成本，帮助设计者更好的实现优化设计。

数据分析是管理和决策过程中的重要工具。

在日常生活和商业领域中，收集和分析数据可以帮助我们获得有关趋势、模式和行为的深入理解。

以下是一些相关数据及其分析。

1. 消费者调查数据消费者调查数据是管理营销战略的关键工具。

其中最重要的指标是消费者满意度。

通过分析这些数据，可以了解顾客对产品或服务的评价，可以帮助商家制定改善产品或服务的策略。

另外，还可以了解产品或服务所占市场份额，这可以为商家的营销战略提供依据。

第二章简支梁有限元结构静力分析（实体单元）前言本文利用ANSYS软件中SOLID45实体单元建立简支梁有限元模型，对其进行静力分析与模态分析，来比较建模时不同约束方位的选择所带来的不同结果，以便了解和认识ANSYS 用于分析计算结果的方法。

2.1实体单元SOLID45介绍2.1.1SOLID45单元的几何描述：SOLID45单元用于构造三维实体结构。

单元通过八个节点来定义，每个节点有三个沿着XYZ方向平移的自由度UX、UY、UZ。

单元具有塑性，蠕变，膨胀，应力强化，大变形和大应变等能力。

SOLID45单元的几何描述如下图所示：图2.1SOLID45单元几何描述2.1.2SOLID45单元的结果输出：SOLID45单元的结果输出包括节点结果输出和单元结果输出，这些结果可以反映出结构整体以及局部的应力、应变、内力等参量，详细输出结果见下表：表2.1SOLID45单元的结果输出项名称定义S:X,Y,Z,XY,YZ,XZ应力S;1,2,3主应力S:INT应力强度S:EQV等效MISES应力EPEL:X,Y,Z,XY,YZ,XZ弹性应变EPEL:1,2,3主弹性应变EPEL:EQV等效弹性应变EPTH:X,Y,Z,XY,YZ,XZ平均热应变EPTH:EQV等效热应变EPPL:X,Y,Z,XY,YZ,XZ平均塑性应变EPPL:EQV等效塑性应变EPCR:X,Y,Z,XY,YZ,XZ平均蠕变应变EPCR:EQV等效蠕变应变EPSW:平均膨胀应变NL:EPEQ平均等效塑性应变NL:SRAT屈服表面上的迹应力和应力之比NL:SEPL从应力-应变曲线平均等效mises应力NL:HPRES静水压力FACE表面lableAREA表面面积TEMP表面平均温度EPEL表面弹性应变(X,Y,XY)PRESS表面压力S(X,Y,XY)表面应力(X轴平行于定义该表面的前面两个结点连接) S(1,2,3)表面主应力SINT表面应力强度SEQV表面等效mises应力LOCI:X,Y,Z积分点位置2.1.3SOLID45单元的参数设置：SOLID45单元可定义正交各向异性材料：即该单元属性允许材料的物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值。

- 1 -基于ansys 桥式起重机主梁的有限元分析1．引言起重运输设备主要从事搬运、转载、储存作业(TUL)的机械，桥式起重机是属起重运输机械之一，主梁是各式桥式起重机中最主要的部件之一，它承受着垂直方向的载荷（小车自重或起吊重物、主梁本身的自重和机械、电气设备的质量）和水平方向的载荷（当起重机或小车起动和制动时产生的惯性力）。

所以它应该有足够的垂直和水平方向的强度、刚度和稳定性，并有良好的抗疲劳性能和足够的疲劳强度。

主梁的高度根据起重量和跨度决定。

株洲天桥起重机股份有限公司首次开发和制造200t 的桥式起重机，对其主要承载结构件需进行严格的强度计算和刚度校核，下面采用先进的有限元理论计算方法和通用性大型ansys 有限软件对其主梁进行计算分析。

2．主梁的有限元模型的建立2.1 实体模型的建立考虑到此主梁结构异常复杂，零部件多，计算量很大，因此在建模过程中进行了一定的简化处理，略去和简化了一些对计算结果影响不大的零件，如：螺栓孔、倒角等。

将各零件的有限元模型建立起来，再加上边界约束条件，建立实体的有限元模型。

本文采用三维软件solidworks 建模，采用parasolid 文件实体导入ansys ，做前处理、分析计算和后处理等一系列工作，主梁的三维实体模型如图1所示，图2为主梁三维实体部分剖面图。

图1主梁三维实体模型图 图2主梁三维实体局部剖面图主梁的主要技术参数有，上下盖板为16mm ，主腹板为12mm ，副腹板为10mm ，中部梁高均为2200mm ，端部梁高1050mm ，主梁宽度为1800mm,总跨度为22m 。

2.2有限元模型的建立2.2.1 定义材料属性实体建模完成后，用ansys 有限元软件导入模型。

在计算时认为各焊接件本身无缺陷，焊接牢固，无虚焊、漏焊、松脱现象，焊接后残余应力较小，不足以影响分析结果。

静态分析的总体平衡方程[][]{}0=-P K δ定义为线性方程，因此分析类型选择线性，网格类型采用的是实体网格solid45，并采用自由网格进行离散化。

4.2 梁单元静力学分析当结构长度对横截面的比率超过10:1，沿长度方向的应力为主要分析对象，且横截面始终保持不变时，即应用梁单元。

梁单元可用于分析主要受侧向或横向载荷的结构，如建筑桁架、桥梁、螺栓等。

在WB中默认为铁摩辛柯（Timoshenko）梁单元，即Beam188和Beam189，可计算弯曲、轴向、扭转和横向剪切变形。

其中Beam188采用线性多项式作为形函数，Beam189采用二次多项式作为形函数，当WB的Mesh设置中Mesh-Element Midside Nodes为Dropped 时，即为Beam188；Mesh-Element Midside Nodes为Kept时，即为Beam189。

有限元对单元特性的描述包括单元形状、节点数目、自由度和形函数。

表4-2-1为Beam 单元的对比。

在WB中默认设置为二次单元。

一般来说，线性单元需要更多的网格数才能达到二次单元的精度。

选用二次单元可提高计算精度，这是因为二次单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，且二次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数，所以当结构形状不规则、应力分布或变形很复杂时可以选用高阶单元。

但高阶单元的节点数较多，在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模要大得多，计算内存消耗也多，因此，在使用时应权衡考虑计算精度和时间。

表4-2-1 Beam单元对比4.2.1 梁模型有限元计算用ProE建立一桁架模型，导入WB进行分析计算。

（1）ProE建模。

在草绘界面绘制一边长为30mm、40mm、50mm的三角形，然后选择投影命令将草绘图形投影到基准面上，另存为x_t文件（其他3D软件操作方法类似）。

（2）导入模型。

如图4-2-1所示，在Import设置中，Operation设为Add Frozen，Line Bodies 设为Yes。

– 65 –– 66 – 图4-2-1 Import ProE模型文件设置（3）梁截面赋值，并定义截面方向，最后用Form New Part将三根梁合并为一个部件，如图4-2-2所示。

目前在工程领域中常用的数值模拟方法有有限单元法、边界元法、有限差分法等，其中以有限单元法的应用和影响最广。

有限单元法是一种连续结构离散化数值计算方法，通过对连续体划分单元，用单元和节点组成有限未知量的近似离散系统去逼近无限未知量的真实连续系统[1]。

有限单元法具有适应性强、计算精度高、计算格式规范统一等诸多优点，已经广泛应用到土木工程、机械工程、航空航天、核工程、海洋工程、生物医学等诸多领域中。

早在18世纪末，欧拉就用与现代有限元相似的方法求解了轴力杆的平衡问题。

随着计算机技术的快速发展，有限元数值模拟技术日益成熟。

AN -SYS 软件是美国ANSYS 公司出品的集结构、流体、电场、磁场、声场等多领域分析于一体的大型通用有限元分析软件，能与多数计算机辅助设计软件（如Pro/Engineer ，CATIA ，AutoCAD 等）接口，实现数据的共享和交换[2]。

基于ANSYS 软件的有限元分析，将有限元分析和计算机图形学结合在一起，不仅能够为各种工程问题提供可靠的有限元分析结果，而且可以显示构件的变形图和应力云图等可视化结果，还可以观察到试验中无法观察到的发生在结构内部的一些物理现象，例如弹体在不均匀介质侵彻过程中的受力与偏转等。

1ANSYS 软件介绍1.1发展历程20世纪60年代，SWANSON J 博士任职于美国西屋公司，因工作需要为某个核子反应火箭应力分析编写了STASYS 有限元分析程序；1969年，SWANSON J 博士离开美国西屋公司创立了SASI 公司，并推出了ANSYS 软件；1970年前后推出的ANSYS 软件2.0版本仅支持定格输入模式；1979年前后推出的ANSYS 软件3.0版本可以在VAX-11/780计算机上使用，由定格输入模式升级为指令模式，并可以在屏幕显示图形，有简单的前处理器PREP7；1984年推出的ANSYS 软件4.0版本可以在个人计算机（PC ）上使用，采用指令互动模式，是ANSYS 软件在PC 上运行的第一版；1993年推出的ANSYS 软件5.0版本采用Motif 格式的图形界面，整合了以有限单元法为基础的CFD 程序———FLO -TRAN ；1994年推出了ANSYS 软件5.1版本，FLOTRAN 已经完全整合成ANSYS 软件的一部分，同年SASI 公司被TA Associates 并购，ANSYS 公司正式成立；1996年推出了ANSYS 软件5.3版本，开始支持LS-DYNA ；2001年推出了ANSYS 软件6.0版本，对Sparse 求解模块进行了升级，不仅加快了求解速度，而且减小了对内存空间的需求；基于ANSYS 软件的有限元分析朱旭，霍龙，景延会，张扬收稿日期：2018-04-30;修回日期：2018-06-01作者简介：朱旭（1995-），男，河南周口人，在读本科，主要从事数值模拟研究，E-mail ：709759396@ 。

格构梁的ANSYS有限元模拟分析实例运用作者：张少剑刘真来源：《城市建设理论研究》2013年第10期摘要:本文通过一工程实例运用ansys模拟计算。

针对格构梁的研究，合理地简化模型，取出1.5米宽的土体、梁和面层单元，两边加对称约束，从而达到模拟空间结构梁的目的。

本文还模拟了基坑的开挖过程的时空效应，共分七步，土体在自重应力作用下的沉降为第一步，梁与面层的激活、力的施加和土层杀死共分六步。

梁的最大受力状态并不发生在最后一步完成后，而是在第六工况。

关键词:格构梁有限元分析模拟分析中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：1 土体、梁、锚索和混凝土面层共同作用基坑支护的受力机理是土体的土压力作用在格构梁和混凝土面层上，混凝土面层的力传递到格构梁上，格构梁再把它受到的力传递到和它相连的锚索上，锚索则和被支护土体嵌固为一体，格构梁和混凝土面层除起到承受土压力外，格构梁还起到平均弯矩和变形的作用，喷射混凝土面层则有保护土体表面，防止土体表面非格构梁作用部位坍塌的作用。

2模型简化及技术处理根据基坑开挖深度，根据实际的土体性质建立土体模型。

格构梁的作用是承受弯矩的，可以选用Beam4梁单元，考虑到钢筋混凝土格构梁中有钢筋的作用，其弹性模量、泊松比等设置有所调整。

在建模时，如果混凝土面层的长宽与厚度的比都大于5，所以在有限元分析中采用板壳单元可以全面地反映其变形特征和应力分布规律。

混凝土面层用Shell63单元模拟，其参数的取值和梁单元相同。

由于格构梁的受力性状，锚索的模拟对格构梁的受力影响较小，本模型忽略考虑锚索的模拟。

预应力锚索的作用简化为作用在纵横梁交点处的集中力。

对于格构梁和土体、混凝面层之间的接触，模型采用节点耦合，以实现共同变形和受力。

3.1ANSYS有限元模拟计算3.1.1模型的参数1．土体的参数见下表：表1 土体参数2．混凝土面层的参数：弹性模量：＝2.55×1011泊松比：＝0.3天然容重：＝25000 面层厚度：h=0.1m3．梁的参数：弹性模量：＝2.55×1011泊松比：＝0.3天然容重：＝25000梁高：h=0.3m 梁宽：b=0.3m 截面积：＝9.0×103.1.2 土体分工况开挖模拟1．目的：在施工过程中，土层分步开挖，分层设置锚索格构梁、分段施工进行，最终施加锚拉力。

（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。