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基于ANSYS软件的梁系结构有限元分析
作者：李广博 黄飞驰
来源：《环球市场》2017年第20期
摘要：随着建筑工艺的日益发展，具有结构布置灵活，应用范围广泛等优点的梁系结构愈来愈普遍的应用于各类建筑当中。本文利用Ansys软件进行建模，对具体梁系结构进行了静力分析和模态分析，计算了结构模态的振型、频率等。 关键词：梁系结构；ANSYS；静力分析；模态分析
1 概述
随着科技的发展，梁系结构的形式日新月异，应用范围日益扩大，其重要性日益凸显。本文介绍了APDL语言，静力分析和模态分析[1]的相关理论和知识，以及对梁系结构进行有限元分析，通过ANSYS软件建立有限元模型，并对其进行静力分析和模态分析。 2 APDL语言简介
APDL语言是ANSYS提供的用于实现参数化有限元分析的设计语言[2]。用户通过使用它，可以按实际要求，自行编写程序，实现参数化建模。 3 梁系结构的有限元分析 3.1 问题描述
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本文就梁系结构的工作特性进行计算分析。具体模型为某空间桁架结构，主要对应使用阶段所承受的外荷载进行内力分析和位移计算，校核梁系结构承载后的稳定性。空间桁架结构模型如图1所示。 3.2 建立有限元模型 （1）梁截面文件的创立
在ANSYS软件标准梁截面库中没有本结构截面类型，因此在正式建模前需要使用自定义截面功能建立该截面文件，以供后续建模采用之。 （2）参数化建模
在参数设定中定义单元类型，实常数和材料参数。
在实体建模中，充分利用循环语句和镜像功能，可以高效的形成整体空间桁架结构。 3.3 静力分析
对结构进行静力分析，可以得出弯矩、轴力的极大值和极小值，以及结构变形最大处，便于对结构进行优化。
按结构实际承载情况加载并求解，得到的位移图和应力图分别如图2和图3所示。 3.4 模态分析
结构动力学分析中的模态分析通常用于确定结构的振动特性，同时也是高级动力分析的基础。
无阻尼线性结构自由振动控制方程：
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本文中模态分析采用Block Lanczos方法[4]。得出结果如图4至图6所示。 4 总结
本文介绍了梁系结构有限元分析的基本理论，然后对梁系结构进行计算分析，包括静力分析和模态分析。通过本文可以体会到ANSYS软件对于梁系结构设计的重要性，了解将有限元分析应用于梁系结构设计的基本操作。 参考文献：
[1]尚晓江，ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用，北京：中国水利水电出版社，2005
[2]博嘉科技，有限元分析软件ANSYS融会与贯通，北京：中国水利水电出版社，2002. [3]胡晓光，段文峰，李妍，蔡斌.结构力学[M].北京：北京邮电大学出版社，（2012.2重印）
[4]Lu Z， Yu Y，Woodman， A theory of structural vulnerability[J].The Structural Engineer，2001，77（18）：17-24.