ANSYS中索計算的一些整理

1、ANSYS中索計算的一些整理一、索結(jié)構(gòu)分析索分為三種力學狀態(tài)：無應(yīng)力狀態(tài)，初始狀態(tài)和工作狀態(tài)。無應(yīng)力狀態(tài)是指加工放樣狀態(tài)，該狀態(tài)中索為原長，且索中無應(yīng)力，不承受任何荷載。初始狀態(tài)是指僅承受自重或預(yù)應(yīng)力作用下的自平衡狀態(tài)，不考慮外部荷載的作用，該狀態(tài)提供了分析結(jié)構(gòu)在外部荷載作用下的所有初始條件，如幾何結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力等。工作狀態(tài)是指在外部荷載作用下所達到的平衡狀態(tài)。相應(yīng)的索結(jié)構(gòu)也對應(yīng)三種力學狀態(tài)：無應(yīng)力狀態(tài)，初始狀態(tài)和工作狀態(tài)。索結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析開始的工作就是找到合適的初始狀態(tài)，即找形工作。結(jié)構(gòu)的找形是和找力對應(yīng)的，因為在特定的荷載（初始狀態(tài)下僅自重，無外荷載）下，結(jié)構(gòu)的形狀和內(nèi)力是對應(yīng)的。如果形狀確

2、定，求解結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力，就是找力；如果知道結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力水平，求解結(jié)構(gòu)的形狀，就是找形。通常找形找力是同時進行的，目的是找到一個合適的預(yù)應(yīng)力水平和合適的建筑外觀。二、建模1、幾何模型簡單的幾何模型可以在ansys中直接建立，可以通過定義關(guān)鍵點，線來建立模型。這個部分，可以參考各種ansys的教學用書，里面有比較詳細的敘述。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以通過別的軟件生成，再導入ansys中。例如mst軟件中可以方便的生成各種規(guī)格的網(wǎng)架、網(wǎng)殼模型，然后通過導出接口文件導入ansys中。索通常選用Link10單元，并通過KEYOPT設(shè)置為僅受拉單元，以模擬索只能受拉的特性。Link10單元為直線單元，只能承受節(jié)點

3、力，當索中內(nèi)力較大時，索可以簡化為直線計算，但當索中內(nèi)力較小時，索其實不是直線，此時可以通過劃分更密的單元獲得更高的精度，通過設(shè)置實常數(shù)可以設(shè)置索的初始內(nèi)力以及索的截面面積。AREA：索的截面面積ISTRAN:初始應(yīng)變，基于無應(yīng)力時的索長和當前索長計算。索的初始應(yīng)變值可以通過以下公式確定：=F/（EA）,其中F為初始內(nèi)力值，E為索的彈性模量，A為索的截面面積。（注意：索結(jié)構(gòu)通常都是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，在建模時要注意模型中是否含有預(yù)應(yīng)力，若有預(yù)應(yīng)力，需要導入預(yù)應(yīng)力計算。預(yù)應(yīng)力要和當前模型的幾何、荷載相吻合）。2、材料一般不考慮材料非線性，假設(shè)索為彈性材料，需要輸入下列數(shù)值：（注意單位的統(tǒng)一性）。F3Li

4、nearIsotropicPropertiesforKater.|XLiTLEaxialJrQpei_tQrMaAErialibauiber1Aid.Teniperatiji-eEeleteTemperature：KCancelHelpvraph如果需要程序計算自重，還需輸入密度（DENS）和加速度值（ACEL）。加速度值注意方向，因為ansys計算時是采用慣性力，因此加速度方向應(yīng)取和重力相反方向。三、靜力計算索結(jié)構(gòu)的靜力計算通常需要考慮幾何非線性，因此求解器中需要打開大變形開關(guān)，（NLGEOM,ON），它會自動激活應(yīng)力剛化開關(guān)（SSTIF,ON）。下面是一個典型的幾何非線性靜力計算的命令流：

5、!幾何大變形靜力分析/SOLUANTYPE,STATICNLGEOM,ON!打開大變形outres,all,all!輸出所有結(jié)果solve!計算save!保存finish!退出SOLU四、特征值屈曲計算特征值屈曲計算需要先進行一次線性靜力計算，得到初始單元剛度矩陣，此時應(yīng)關(guān)閉大變形（NLGEOM,OFF），打開預(yù)應(yīng)力開關(guān)（PSTRESQN），如圖所示，線性靜力計算完后，再進行特征值屈曲分析。單元網(wǎng)格密度對屈曲荷載系數(shù)影響很大，要注意單元網(wǎng)格密度是否合適。特征值屈曲計算為彈性穩(wěn)定計算，得到的特征值是屈曲荷載系數(shù)，屈曲荷載等于該系數(shù)乘以所施加的荷載。下面為一特征值屈曲計算的典型命令流：!靜力分析/

6、SOLUANTYPE,STATICNLGEOM,OFF!關(guān)閉大變形PSTRES,ON!打開預(yù)應(yīng)力outres,all,all!輸出所有結(jié)果solve!計算save!保存finish!退出SOLU!特征值屈曲/soluantype,buckle!選擇分析類型bucopt,lanb,15!選擇計算方法和提取模態(tài)mxpand,15,!提出模態(tài)outres,all,all!輸出所有結(jié)果outpr,all,all!solveFINISH五、非線性屈曲計算非線性屈曲計算是全過程分析中的部分結(jié)果。步驟如下：首先要放大荷載，荷載放大倍數(shù)可以根據(jù)特征值屈曲荷載系數(shù)來估計，一般非線性屈曲荷載系數(shù)要小于特征值屈曲荷

7、載系數(shù)，但也不排除有些結(jié)構(gòu)中反而是非線性屈曲荷載系數(shù)更大。放大荷載后，進行幾何非線性靜力計算。計算結(jié)束后可以通過查看荷載位移曲線尋找非線性屈曲點。非線性屈曲計算有很多方法，一般選用默認的牛頓法即可，但有時牛頓法收斂不佳，可采用弧長法。一般結(jié)構(gòu)計算非線性屈曲，還需引入初始幾何缺陷，一般選用特征值屈曲的第一階模態(tài)作為初始缺陷的形狀，1/300跨度作為初始缺陷最大值。下面是一個典型的命令流。!施加缺陷/PREP7UPGEOM,0.33,1,1,name,rst,!放大靜力/soluDOFSEL,S,FZFSCALE,10,!放大10倍DOFSEL,ALL!非線性分析/soluANTYPE,0NLGEOM,1!打開大變形NROPT,FULL,ON牛頓法全過程