郑彬;唐克伦;牟宗魁
【摘 要】兖矿休闲网络利用ANSYS软件中的杆系结构静力分析功能,采用ANSYS的APDL语言完成了平面简单桁架的内力分析计算,其方法可用于解决其他类型桁架问题.
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2010(025)002
【总页数】2页(P21-22)
【关键词】桁架;内力;ANSYS;APDL
【作 者】郑彬;唐克伦;牟宗魁
【作者单位】四川理工学院机械工程学院,四川,自贡,643000;四川理工学院机械工程学院,四川,自贡,643000;四川理工学院机械工程学院,四川,自贡,643000
【正文语种】中 文
【中图分类】TU323.4
0 引 言
平面简单桁架的内力分析计算,是理论力学中平面任意力系的重点之一。杆系结构是指由细长杆件构成的结构系统，杆件的弯曲刚度较小，弯曲应力和轴向应力相比较小，杆件变形主要是轴向拉伸和压缩变形。对于这类问题，可用ANSYS中的杆单元(LINK)中的二维杆单元LINK1。通过对桁架结构的静力计算可得到桁架结构的内力、反力。本文依据ANSYS软件中的杆系结构静力学分析功能,采用ANSYS软件中APDL语言的编程，进行了平面简单桁架的内力分析计算。通过修改APDL中的部分命令,可推广应用于其他各类型桁架分析计算。 1 平面简单桁架内力分析的ANSYS方法
ANSYS中进行桁架内力分析的一般步骤为：首先是进入前处理器模块，定义节点、材料参数、实常数、各个单元。其次进入求解模块，设置求解选项和位移边界条件，加载并开始
asmuchas
余干二小求解。最后进入一般后处理模块，显示结构变形图、列表显示单元的计算结果等。
2 实例分析
图1平面桁架，各杆件的长度均为1 m。在节点E、G、F 上， 分别作用载荷 F E=10 kN，F G=7 kN，F F=5 kN。试计算杆1，2和3的内力[1]。
图1 平面桁架图
2.1 理论力学求解
先求桁架的支座反力，以桁架整体为研究对象，按图1如图列出平衡方程：
ΣFx=0，FAX+FF=0，ΣFY=0，FAY+FBF-FE-FG=0.
ΣMB(F)=0， FE×2+FG×1-FAY×3-FY×sin60°×1=0
解得：
FAx=-5 kN，FAy=7.557 kN，FBy=9.44 kN.
为求内力，可作一截面m-n将三杆截断。选取桁架左半部为研究对象。假定所截断的三杆都受拉力，受力如图1所示，列平衡方程：
解得 F1=-8.726 0 kN（压力）， F2=2.820 9 kN（拉力），F3=12.316 kN（拉力）如选取桁架的右半部分为研究对象，可得同样结果。
2.2 ANSYS分析
1)在前处理模块中定义节点设置单元属性：首先使用“/PREP7”命令，进入前处理模块PREP7，并定义7个节点，其坐标为 1(0,0)、2(1,0)、3(2,0)、4(3，0)、5(0.5，)[2]。其次设置单元属性如下：第1类单元类型使用命令“ET,1,LINK1”定义为二维杆单元LINK1，材料参数定义命令“MP,EX,1,207E9”定义弹性模量EX=207GPa，实常数定义命令“R,1,0.01”定义单元的截面积 10 cm2。最后过 1、2号节点用单元定义命令“E,1,2”定义单元1,用上述方法再定义2至11号单元。
2）进入求解模块 定义求解选项 位移边界条件和荷载：首先，使用“/SOLU”进入求解模块SOLU并使用命令“ANTYPE，STATIC”申明求解类型是静力分析。其次，利用位移约束定
义命令“D,1,ALL,0”约束1号节点的自由度UX和UY，“D,4,U Y”约束4号节点的自由度UY，“F,2,FY,-10”命令定义在2号节点上的沿－Y方向大小为10 kN的集中力，“F,3,FY,-7”命令定义在3号节点上的沿－Y方向大小为7 kN的集中力，“F,7,FX,5”命令定义在7号节点上的沿X方向大小为5 kN的集中力，建立的模型见图2。最后使用“SOLVE”命令进行静力分析求解。
图2 在ANSYS中建立模型图
3)在后处理模块中，列表显示单元的计算结果：通过求解，利用PRDISP列出节点的位移结果，并可由PRETABE列出单元轴向应力和轴向应变。
阈值法3 ANSYS程序
通过上述步骤分析，完整的桁架内力分析APDL命令流如下：
/PREP7%!进入前处理模块，定义模型[3]
N,1,0,0%!定义1至7号节点
N,2,1,0%MYM N,3,2,0 MYM N,4,3,0
N,5,0.5,SQRT(0.75)MYM N,6,1.5,SQRT(0.75)
N,7,2.5,SQRT(0.75)
ET,1,LINK1%%!定义第1类单元为二维杆单元LINK1
MP,EX,1,207E9%%!定义第1类材料弹性模量EX=207GPa
R,1,0.01%%!定义杆件第1类实常数，截面积0.01m2
E,1,2%%!通过连接各节点生成单元
E,2,3 MYM E,3,4 MYM E,1,5 MYM E,5,2 MYM E,2,6
E,5,6 MYM E,6,3 MYM E,3,7 MYM E,6,7 MYM E,4,7
FINISH%%!退出前处理模块
/SOLU%%!进入求解模块
ANTYPE，STATIC%!申明求解类型是静力分析
D,1,ALL,0%%!约束1号节点的位移自由度UX和UY
D,4,UY%%!约束4号节点的竖向自由度UY
F,2,FY,-10%%!对2号节点施加-Y方向的集中力10 kN
F,3,FY,-7%!对3号节点施加-Y方向的集中力7 kN
F,7,FX,5%!对7号节点施加X方向的集中力5 kN
SOLVE%%!进行求解
FINISH%%!退出求解模块
/POST1%%!进入一般后处理模块
ETABLE,MFORX,SMISC,1%!定义单元表
ETABLE,SAXL,LS,1
ETABLE,EPELAXL,LEPEL,1
PRETAB%!显示单元表中的内容
FINISH%
4 结果分析
通过对桁架内力分析计算可得出各单元的轴向应力、轴向应变。表1是ANSYS计算出的单元轴力与理论解的对应表。从中得出结论：使用传统静力学方法进行求解时忽略了各杆件的变形，而利用ANSYS进行桁架内力分析时，考虑到各杆件的变形。其计算结果比传统静力学分析更为准确，但是两者之间的误差并不大。
表1 单元内力表图所在单元ELEM 2 6 7 ANSYS解 12.315 2.821 4 -8.725 6理论解 12.316 2.820 9 -8.726 0
精矿粉5 结束语
通过上述分析可知，当利用ANSYS进行平面桁架内力分析时,基本思路是一致的，当载荷
不同或桁架结构不同时，只需要改变APDL命令流，中一些参数即可进行求解。用户可通过编制自己的APDL命令流来完成更为复杂的桁架内力问题。
参考文献
【相关文献】
帐棚
[1] 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学(I)[M].北京:高等教育出版社,2005.
[2] 王 先，梁 伟.基于ANSYS的多跨静定梁平面弯曲内力分析方法[J].桂林航天工业高等专科学校学报,2008(2):5-9.
[3] 博弈创作室.APDL参数化有限元分析技术及其应用实例[M].北京:中国水利水电出版社,2004.
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