工程軟件應(yīng)用課程設(shè)計(jì)上承式拱橋的靜力與模態(tài)分析

1、土木與建筑學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程名稱：工程軟件課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：上承式拱橋的靜力與模態(tài)分析專業(yè)班級(jí)：工程力學(xué)0901班學(xué) 號(hào)：200915020121姓 名：孫學(xué)文設(shè)計(jì)時(shí)間：指導(dǎo)教師：陳得良目錄一、 分析對(duì)象及問(wèn)題描述1二、 建立模型的過(guò)程展示1三、 分析結(jié)果展示3四、 模態(tài)分析結(jié)果展示9五、 結(jié)論13六、 命令流13七、 學(xué)習(xí)心得與體會(huì)15一、分析對(duì)象及問(wèn)題描述本次課題設(shè)計(jì)主題是上承式拱橋靜力和模態(tài)分析設(shè)計(jì)對(duì)象：如圖幾何模型問(wèn)題描述：設(shè)計(jì)如圖所示上承式拱橋,主要參數(shù)如下1、主橋拱腳間的跨度為：一班（50+學(xué)號(hào)AB）米，橋?qū)?0m。（21+50=71m）2、立柱1：間距自定義，多少立柱數(shù)自定義，矩形

2、截面，尺寸自定，材料混凝土（50號(hào)）；3、主拱圈：采用矩形混凝土界面，尺寸自定義，材料混凝土（50號(hào)）；主拱高自定義4、主梁：矩型界面，尺寸自定義，材料混凝土（50號(hào)）；5、橋面梁：厚度自定義，材料混凝土（40號(hào)）二、建立模型的過(guò)程展示1、模型幾何參數(shù)說(shuō)明(1)、主橋拱腳間的凈跨度為：50+21=71m；橋?qū)挘?0m；矢跨比1/5；拱軸系數(shù)m=2.240(2)、立柱：間距5m等，一個(gè)主拱圈上為15根，共75根，矩形截面：1.2*1.0m；(3)、主拱圈：拋物線型，凈矢高14.2m，矩型截面：1.4*2.0m；(4)、主梁：矩型截面：1.2*1.0m；(5)、橫向聯(lián)系：矩型截面：0.8*0.5m

3、；(6)、橋面梁：厚度0.4m；2、材料參數(shù)選取說(shuō)明(1)、橋面板采用C40混凝土，泊松比0.28，彈性模量32.5Gpa，密度2450kg/m3(2)、主拱圈、主梁、拱肋橫向聯(lián)系采用C50混凝土，泊松比0.29，彈性模量34.5Gpa，密度2500kg/m33、單元選擇說(shuō)明(1)、主拱圈采用Beam188號(hào)單元，bh=1.4m2m，截面編號(hào)為1號(hào)；(2)、縱梁采用Beam188號(hào)單元，bh=1.2m1.0m，截面編號(hào)為2號(hào)；(3)、橋面板采用Shell181號(hào)單元，厚度d=0.4m；(4)、橫梁采用Beam188號(hào)單元，bh=0.8m0.5m，截面編號(hào)為3號(hào)；(5)、橫向聯(lián)系采用Beam18

4、8號(hào)單元，bh=0.8m0.4m，截面編號(hào)為4號(hào)；(6)、立柱采用Beam188號(hào)單元，bh=1.2m1.0m，截面編號(hào)為5號(hào)；4、建立模型，采用命令流建模、加載、計(jì)算有限元模型三、分析結(jié)果展示1模型位移（1）Y軸位移Y軸方向?yàn)闃蛎姘宸ㄏ蚍较?，重力加速度g方向的反向。從圖中可以看出Y方向的最大位移為1.4713cm23，第一主應(yīng)力1 為拉應(yīng)力，分析結(jié)果為正，所以模型的拉應(yīng)力為4.49Mpa，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，混凝土的拉應(yīng)力不得超過(guò)1Mpa，顯然1遠(yuǎn)大于1Mpa，但這并不等于錯(cuò)誤。我們知道，橋梁中承受絕大部分拉力的部分不是混凝土，而是鋼筋。在模型中，結(jié)構(gòu)自重較大，在素混凝土結(jié)構(gòu)中存在較大的拉應(yīng)力是必

5、然現(xiàn)象，如果加上活載（如汽車荷載、人群荷載、沖擊等），拉應(yīng)力會(huì)更大，可能成倍增加，所以不加鋼筋是不現(xiàn)實(shí)的?？傊?，只需在結(jié)構(gòu)中經(jīng)過(guò)合理計(jì)算布置鋼筋是可以將混凝土承受的拉應(yīng)力縮小在1Mpa的。2，二階主應(yīng)力圖：3，三階主應(yīng)力圖：第三主應(yīng)力3為壓應(yīng)力，結(jié)果為負(fù)，最大壓應(yīng)力為5.39Mpa，乘以安全系數(shù)之后亦遠(yuǎn)小于混凝土的抗壓強(qiáng)度=40Mpa，故混凝土壓應(yīng)力符合要求，比較安全。,4，Von Mises應(yīng)力圖：由材料力學(xué)的第四強(qiáng)度理論的驗(yàn)算結(jié)果，可以看出，材料的實(shí)際受壓應(yīng)力遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，材料抗壓強(qiáng)度足夠。但受拉強(qiáng)度不足，解決辦法如前所述。 立柱受力分析1、軸力2、剪力3、彎矩立柱的最大壓應(yīng)力為1.6

6、7MP,遠(yuǎn)小于材料抗拉強(qiáng)度，且選擇Beam188號(hào)單元對(duì)計(jì)算重力產(chǎn)生的影響而言，沒(méi)有產(chǎn)生壓應(yīng)力，符合立柱的實(shí)際受力情況。（4） 小結(jié) 橋面主梁混凝土受拉，一般需要布置鋼筋。四、模態(tài)分析結(jié)果展示本課程設(shè)計(jì)只分析前5階模態(tài)第一階模態(tài)：第二階模態(tài)：第三階模態(tài)：第四階模態(tài)：第五階模態(tài)：五、結(jié)論從靜力分析來(lái)看，無(wú)論是C40混凝土還是C50混凝土材料，其抗壓強(qiáng)度都遠(yuǎn)大于實(shí)際受力情況，也就是說(shuō)結(jié)構(gòu)的抗壓部分是合格的。但對(duì)于抗拉的部分而言，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。但在實(shí)際工程中，不可能應(yīng)用素混凝土結(jié)構(gòu)，而是要合理配筋，讓混凝土和鋼筋一起受壓和受拉。眾所周知，鋼筋的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度較大，一般在200Mpa以上，所以合

7、理配置鋼筋能夠解決結(jié)構(gòu)的抗拉能力不足的情況，也可以達(dá)到質(zhì)量輕、受力能力強(qiáng)的效果。 從模態(tài)分析來(lái)看，結(jié)合不同的模型和同一模型不同條件參數(shù)的情況看，能得到不同的模態(tài)形狀，包括各階模態(tài)的不同，順序的不同等等，可見(jiàn)，模態(tài)跟結(jié)構(gòu)的剛度及其它參數(shù)有關(guān)。通過(guò)Ansys模擬該中承式拱橋結(jié)構(gòu)，可以得到該結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，結(jié)構(gòu)承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。六、命令流Fini/cle /prep7*do,i,0,142k,i+1,(i-72)/2,-2.4-14.55728239*(cosh(0.036417741*(36-i/2)-1)*enddospline,all*do,i,0,14

8、2k,i+144,(i-72)/2,0*enddo*do,i,144,285lstr,i,i+1*enddo*do,i,0,14lstr,10*i+2,10*i+145*enddolgen,5,all,5*do,j,0,3*do,i,0,14lstr,10*i+2+286*j,10*i+2+286*(j+1)lstr,10*i+145+286*j,10*i+145+286*(j+1)*enddo*enddo/view,1,1,1/replot*do,j,0,3*do,i,0,13a,10*i+145+286*j,10*(i+1)+145+286*j,10*(i+1)+145+286*(j+1)

9、,10*i+145+286*(j+1)*enddo*enddo*do,i,0,3a,286*i+144,286*i+145,286*(i+1)+145,286*(i+1)+144a,286*i+285,286*i+286,286*(i+1)+286,286*(i+1)+285*enddoet,1,shell63et,2,beam188r,1,0.4mp,ex,1,3.45e10mp,dens,1,2500mp,nuxy,1,0.29mp,ex,2,3.25e10mp,dens,2,2450mp,nuxy,2,0.28sectype,1,beam,rect,gonglesecdata,1.4,2

10、sectype,2,beam,rect,zongliangsecdata,1.2,1secoffset,user,0.6,0sectype,3,beam,rect,hengliangsecdata,0.8,0.5secoffset,user,0.4,0sectype,4,beam,rect,hengxiliangsecdata,0.8,0.4sectype,5,beam,rect,lizhusecdata,1.2,1/eshape,1lesize,all,0.5 aesize,all,1aatt,1,1,1amesh,alllatt,1,2,1lmesh,1,142lmesh,300,441l

11、mesh,599,740lmesh,898,1039lmesh,1197,1338latt,1,2,2lmesh,143,284lmesh,442,583lmesh,741,882lmesh,1040,1181lmesh,1339,1480latt,1,2,3*do,i,0,3lmesh,1497+30*i,1525+30*i,2*enddolatt,1,2,4*do,i,0,3lmesh,1496+30*i,1524+30*i,2*enddolatt,2,2,5lmesh,1481,1495lmesh,1182,1196lmesh,883,897lmesh,584,598lmesh,285,

12、299/replot/soludk,2,alldk,288,alldk,574,alldk,860,alldk,1146,alldk,142,alldk,428,alldk,714,alldk,1000,alldk,1286,alldl,1497,uy,uz,rotx,rotydl,1527,uy,uz,rotx,rotydl,1557,uy,uz,rotx,rotydl,1587,uy,uz,rotx,rotydl,1525,ux,uy,uz,rotx,rotydl,1555,ux,uy,uz,rotx,rotydl,1585,ux,uy,uz,rotx,rotydl,1615,ux,uy,

13、uz,rotx,rotyacel,0,9.8,0solve/post1pldisp,2/wait,3plnsol,u,y/wait,3etable,zhou_i,smisc,1etable,zhou_j,smisc,14etable,jian_i,smisc,5etable,jian_j,smisc,18etable,wan_i,smisc,3etable,wan_j,smisc,16pretab,zhou_i,zhou_j,jian_i,jian_j,wan_iwan_jplls,zhou_i,zhou_j,1,0plls,jian_i,jian_j,1,0plls,wan_i,wan_j,

14、1,0七、心得體會(huì)經(jīng)過(guò)這兩周的工程軟件ansys的應(yīng)用課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，我對(duì)Ansys這個(gè)軟件有了一定的了解，但還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，ansys作為力學(xué)研究領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的軟件，還是相當(dāng)難以熟練掌握應(yīng)用的。雖說(shuō)進(jìn)行了兩周的上機(jī)實(shí)習(xí)操作，但還是僅學(xué)會(huì)了一點(diǎn)皮毛而已。要想像老師一樣熟練的應(yīng)用ansys，我們還是需要很長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)鍛煉的。作為一個(gè)初學(xué)者，在剛剛接觸ansys軟件時(shí)，我不得不感嘆ansys的強(qiáng)大功能，它集結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電磁、和聲學(xué)于一體，但又有些畏懼他操作的復(fù)雜性。還好老師給了一些實(shí)例給我們練習(xí)操作。在練習(xí)和操作的過(guò)程中，經(jīng)老師和同學(xué)的解疑答惑和自己的翻閱查詢，我還是學(xué)到了一些相關(guān)操作

15、知識(shí)的，這對(duì)我的課程設(shè)計(jì)相當(dāng)有用。作為力學(xué)研究的專業(yè)軟件Ansys，它需要操作者有相當(dāng)?shù)牧W(xué)專業(yè)知識(shí)。雖說(shuō)我們作為專門(mén)學(xué)習(xí)研究力學(xué)的，但是以往的力學(xué)學(xué)習(xí)，僅僅停留在課本和理論中，沒(méi)有很多機(jī)會(huì)把所學(xué)的理論結(jié)合實(shí)踐，融會(huì)貫通。由此，造成了在課程實(shí)習(xí)開(kāi)始時(shí)不能靈活的應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)，不得門(mén)路，無(wú)頭蒼蠅。還好慢慢地通過(guò)一些實(shí)例的操作和查閱相關(guān)資料，瀏覽網(wǎng)頁(yè)論壇，慢慢的知曉了它的一些力學(xué)原理。對(duì)于Ansys，現(xiàn)階段對(duì)我們來(lái)說(shuō)最難的就是軟件的操作。ansys的操作和以往我們用過(guò)的任何一款軟件都不同。而且是英文界面，對(duì)于我們這些英語(yǔ)水平一般的人來(lái)說(shuō)的是有點(diǎn)難的。如果對(duì)操作熟練了，相信學(xué)習(xí)起來(lái)還是很快的。但是學(xué)精還是需要時(shí)日的。在課程設(shè)計(jì)中，建模還是要好好構(gòu)思的，這一部很關(guān)鍵，任何工程的驗(yàn)算，必須要有一個(gè)十分精確的模型，才能保證驗(yàn)算的正確性精準(zhǔn)性。才接觸建模時(shí)，我還是很難全面把握的，總是出現(xiàn)一些小狀況、大問(wèn)題的，修修改改的。還好ansys能夠用命令流操作，不然出一點(diǎn)小問(wèn)題就要花很多精力去修改去操作驗(yàn)證。但是有很多命令流都不會(huì)，而且沒(méi)見(jiàn)過(guò)