【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 P1 ， P2 和 P3 ，其中 P1= P3=5000 N, P2=10000N，见图 3-23
解答：1、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: Preproc essor → 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: Al l 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
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,DATE,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
