ANSYS索结构找形及悬链线的模拟.pdf

《ANSYS索结构找形及悬链线的模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第2卷第4期Vo1．2No．42010年12月Dec．2010ANSYS索结构找形及悬链线的模拟杨钦李承铭(上海现代建筑设计(集团)有限公司)【摘要】索结构的形态确定是一个非线性大位移问题。由于索结构的形状确定和预应力分布是一对相互影响的参数，因此，其工作阶段的几何状态一般是难以事先确定的，必须通过找形来确定。本文总结出了利用ANSYS对索结构进行找形的步骤，并通过计算实例，验证了ANSYS程序找形计算的准确性。对于比较长的单索，例如斜拉桥、悬索桥、索道等，具有很强的几何非线性，其垂度的影响是不可忽略的。然而，ANS

2、YS软件单元库不包括曲线索单元，利用二节点直杆单元来模拟索单元仅在索长度不太大的情况下满足要求。基于此，本文提出了采用多段linkl0单元来模拟悬链线索单元。最后通过算例模拟悬链线索单元，验证由多段linkl0单元模拟悬链线索单元计算方法的可行性和准确性。【关键词】索单元；非线性；找形；悬链线【中图分类号】TU351【文献标志码】A【文章编号】1674—7461(2010)04—0061—05索的索长较大，其自重垂度不容忽略。针对拉索结1引言构这些特点，必须选择正确的有限元模型对其进行非线性分析。关于斜拉索受力模型，

3、使用索单元最索作为一种轻质、高效、大跨和经济的构件，在方便的方法是采用包括非线性分析的通用有限元结构工程中扮演着非常重要的角色，如在索道、塔软件(例如ANSYS)进行计算。然而，软件的单元库桅结构、悬索结构、斜拉结构、索桁结构、索穹顶及不包括曲线索单元。许多学者都在使用link8或索膜结构中。在许多文献中已对多种索构件索的linkl0这两种杆单元模拟拉索的静动力特性，但利计算方法进行了研究，目前，索的模拟和分析方法用二节点直杆单元来模拟索单元仅在索长度不太已经成熟。与传统结构计算相比，索结构的初始形大的情况下满足要求

4、。随着索跨度的不断增长，垂态和初始预应力分布是一对相互影响的未知量，这度的影响越来越不容忽视，这种单元将不再满足要就产生了两个不确定量，也就是说既要形成假设的求。本文利用已知的索端张力或预应力状态时的初始几何形态，又要满足初始假设的预应力分布，索长来求解索的原长⋯，从而能够建立悬链线索单这用传统的结构力学方法是难以完成的，只能采用元的有限元模型。根据求解出的索原长，建立由多迭代法，通过几何形状和预应力分布的逼近来实段linkl0单元组成的悬链线索单元模型。通过算例现。现在常用的力密度法、动力松弛法、非线性有计算结果表

5、明采用多段linkl0单元模拟悬链线索单限元法均是通过迭代计算实现这一点。本文通过元精度高，可应用于工程实践。有限元软件ANSYS对索结构进行找形分析，总结出索结构进行找形步骤，并通过计算实例，验证AN—2索结构基本假设和找形步骤SYS程序找形计算的准确性。对于比较长的单索，例如斜拉桥、悬索桥、索道等，是大变形柔性结构，2．1索结构基本假设ANSYS的实现其受力分析属于几何非线性问题，主要表现为：在有限元分析理论把索看成是由一系列相互连几何上为大变形，具有很强的几何非线性；每根拉接的索段组成，索段之间以节点相连。因此

6、进行索【作者简介】杨钦(1984一)，男，工学硕士，结构工程师。从事结构工程方面的研究。E—mail：qin—yang@xd—ad．com．en；李承铭(1963一)，男，工学博士，副教授。从事结构工程方面的研究。E—mail：chengming—li@xd—ad．corn．cn62结构有限元分析时，采用基于离散理论的节点位移2．2ANSYS找形步骤法。这种方法以节点位移作为基本未知量，而以节索采用只拉单元linkl0进行模拟，迭代采用点之间的索段为基本单元。NEWTON．RAPHSON方法，同时打开几何非线性及应索

7、的基本假设：力刚度选项。但是利用ANSYS进行索结构的找形分(1)索是理想柔性的，即不能承受任何弯矩，也析时，为了有更好的收敛性，往往采用一种叫“小弹性不能受压；模量”的方法。即在找形阶段把索材料的弹性模量缩(2)索的受拉工作符合胡克定律；小到一定的量级(1．0E一3)，等找形结束后的荷载分(3)荷载均作用在节点上，各索段均呈直线型。析阶段，再把索的弹性模量恢复至真实值。ANSYS的实现：找形过程见图1。(1)对于只能受拉，不能受压，受压时构件丧失刚度的柔性拉索。ANSYS提供了几类单元供选用，3预应力索原长的求解经

8、过比较，本文采用linkl0空问单元来模拟。该单3．1基本假足元设置了一个拉、压开关，打开受拉开关时，只需在(1)索为理想柔索，不受压且无弯曲刚度；单元初始实常数输入时定义面积和初应变，单元的(2)满足大变形、小应变要求；特性就类似于受拉刚性杆件，刚度由截面积和弹性模量确定；一旦受压，即单元内出现反号应力，刚度(3)索中的外荷载沿索长均匀分布。