武漢建策工程咨詢有限公司?譚成煌

本次學(xué)習(xí)的是基于ansys apdl語(yǔ)言，已知索的受力狀態(tài)（有力態(tài)），求初始態(tài)（無(wú)力態(tài)）的方法。

列舉實(shí)例，我們晾衣服采用的繩索，如何做到晾曬衣服后，保證衣服不接觸地面，或離地面有要求的精確距離，那么我們就要在制作晾衣繩時(shí)，就要提前確定好長(zhǎng)度，長(zhǎng)度確定即確定了線型，才能保證繩索的工作態(tài)。如下圖：

繩晾衣服圖

轉(zhuǎn)成工程實(shí)例，采用直徑為d=0.2m的鋼繩，牽過(guò)跨度為120m的塔上，并受11個(gè)集中荷載100T后，要求垂度為50m，求鋼繩的長(zhǎng)度和初始態(tài)。草圖簡(jiǎn)要如下所示：

求解條件和求解問(wèn)題已明確，想要解決此問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上就是對(duì)索結(jié)構(gòu)進(jìn)行找形。索結(jié)構(gòu)的形態(tài)其實(shí)是非線性大位移的問(wèn)題，因?yàn)樗鹘Y(jié)構(gòu)的形狀和應(yīng)力形態(tài)是成相互影響的。所以，其索的有力態(tài)是很難事先提前找到的，也就是不知道空纜態(tài)的。因?yàn)榧纫獫M足假設(shè)的初始形態(tài)，又要滿足假設(shè)的預(yù)加力的分布，這利用常規(guī)的方法很難達(dá)到。由于計(jì)算軟件的非線性功能強(qiáng)大，可以借助有限元軟件進(jìn)行對(duì)索的找形求解。主要的方法是采用迭代，通過(guò)軟件不斷的往下更新模型狀態(tài)，與施加荷載產(chǎn)生的位移相加的和慢慢逼近所需的結(jié)果。如下圖：

即，通過(guò)軟件不斷的往下更新模型，提取跨中節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)+本次更新后模型的受力位移：fi+△dy=逼近目標(biāo)值。當(dāng)所求得的值滿足我們所設(shè)定的誤差范圍內(nèi)時(shí)，命令程序退出迭代，即求解完成。理論上很簡(jiǎn)單，但將理論落實(shí)到地確實(shí)很難，需要不斷的摸索與反復(fù)嘗試比對(duì)。計(jì)算過(guò)程動(dòng)畫(huà)演示如下：

 FINISH

/CLEAR

/FILNAME,EX820

/PREP7

L0=120            !跨度120m

XH=0

AREA=0.0314     !m2  d=0.2m   r=0.1  A=0.1*0.1*3.14=0.0314m2   

Ex=2.06E7         !規(guī)范2.06E5mpa=2.06E8KN/m2。10KN=1tonf。2.06E7tonf/m2。

Dens=7.85         !7.85tonf

Prxy=0.31

*dim,xy1,array,61,2

Q0=1              !1 tonf                  

QF=100            !100 tonf                    

ERR0=1/10000       !結(jié)束誤差     

enum=60                

istran=0.000006   !初始應(yīng)變     

ET,1,10

R,1,AREA,istran   !在實(shí)常數(shù)中給初應(yīng)力

MP,EX,1,EX

MP,PRXY,1,0.31

MP,DENS,1,DENS     

k,1

k,2,L0,-XH

L,1,2

LESIZE,ALL,,,ENUM

LMESH,ALL

NSEL,s,node,,3,61,1  !節(jié)點(diǎn)3-61

cm,zk,node

allsel,all

d,1,all  !等效=d,all,ux  d,all,uy  d,all,uz

D,2,all

*do,i,3,61,1

!ddele,i,ux

!ddele,i,uy

!D,i,uz

!d,i,ux,0

!D,i,ux

*enddo

!同上  ddele,zk,ux  ddele,zk,uy

NODE1=NELEM(ENUM/2,1)

NODE2=NELEM(ENUM/2,2)

ACEL,,1

*do,i,7,57,5

f,i,fy,-100

*enddo

FINISH

PASS1=1

*DOWHILE,PASS1

/SOLU

ANTYPE,0

NLGEOM,ON

SSTIF,ON

cnvtol,f,,0.01,2,1 !非線性收斂準(zhǔn)則，根據(jù)計(jì)算情況修改。程序默認(rèn)值是5/1000.

NSUBST,60

OUTRES,ALL,ALL

SOLVE

FINISH

/POST1

SET,LAST,LAST

!UPCOORD,1,1

!*GET,LOCY,NODE,32,LOC,Y

!*get,UY0,node,32,u,Y

RAODU=ABS(uy(32)+ny(32))

AAA=ny(32)

BBB=UY(32)

!ERR1=abs(5-RAODU)/5

!raodu=abs(LOCY+UY0)

err1=(50-raodu)/50

!PLDISP,2

plnsol,u,y

FINISH

/PREP7

*do,i,1,61,1

*get,xy1(i,1),node,i,loc,x

*get,xy1(i,2),node,i,loc,y

*enddo

*if,ERR1,lt,0.5,THEN !LT小于,GT大于

UPGEOM,0.1,LAST,LAST,EX820,RST

*ELSE

UPGEOM,5,LAST,LAST,EX820,RST

*ENDIF

*IF,ERR1,LT,ERR0,EXIT

*if,RAODU,gt,50,exit

*if,abs(uy(32)),gt,50,exit

*ENDDO

本次學(xué)習(xí)的軟件：ansys，梯滴威（比對(duì)）。

本次參考的書(shū)籍：《ansys工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析》?王新敏；《ansys參數(shù)化編程與命令手冊(cè)》?王新敏

感謝某公司分公司副總經(jīng)理周總的技術(shù)指導(dǎo)。

本次學(xué)習(xí)了ansys中的dowhile循環(huán)語(yǔ)句的使用，并結(jié)合if設(shè)置滿足誤差條件使程序在條件下執(zhí)行運(yùn)算，知道滿足相應(yīng)規(guī)則退出。也學(xué)習(xí)了在計(jì)算找形時(shí)，所注意的各種相應(yīng)的開(kāi)關(guān)，如打開(kāi)非線性，打開(kāi)大位移，打開(kāi)剛度硬化效應(yīng)等，并反復(fù)查找過(guò)程中的發(fā)散（不收斂）問(wèn)題，最終確定了迭代合適的步長(zhǎng)和更新模型因子，否則就很難收斂。

下面利找形的結(jié)果，提取初始線性，算受力態(tài)是否與假定相符。

FINISH

/CLEAR

/FILNAME,EX820

/PREP7

L0=120            !跨度120m

XH=0

AREA=0.0314     !m2  d=0.2m   r=0.1  A=0.1*0.1*3.14=0.0314m2   

Ex=2.06E7         !規(guī)范2.06E5mpa=2.06E8KN/m2。10KN=1tonf。2.06E7tonf/m2。

Dens=7.85         !7.85tonf

Prxy=0.31

*dim,xy1,array,61,2

Q0=1              !1 tonf                   

QF=100            !100 tonf                   

ERR0=1/1000       !結(jié)束誤差     

enum=60                

istran=0.000006   !初始應(yīng)變     

ET,1,10

R,1,AREA,istran   !在實(shí)常數(shù)中給初應(yīng)力

MP,EX,1,EX

MP,PRXY,1,0.31

MP,DENS,1,DENS     

 N,1,0.00000000,0.00000000

 N,2,120.000000,0.00000000

 N,3,1.66774346,-2.74920970

 N,4,3.33639244,-5.49609014

 N,5,5.00594810,-8.24064085

 N,6,6.67641157,-10.9828614

 N,7,8.34778402,-13.7227512

 N,8,10.1093031,-16.0968529

 N,9,11.8718471,-18.4686240

 N,10,13.6354173,-20.8380632

 N,11,15.4000148,-23.2051693

 N,12,17.1656407,-25.5699412

 N,13,19.0574415,-27.5524739

 N,14,20.9503994,-29.5325233

 N,15,22.8445155,-31.5100869

 N,16,24.7397906,-33.4851626

 N,17,26.6362256,-35.4577482

 N,18,28.6949672,-36.9995653

 N,19,30.7549384,-38.5385274

 N,20,32.8161391,-40.0746310

 N,21,34.8785693,-41.6078726

 N,22,36.9422288,-43.1382486

 N,23,39.1816212,-44.1469650

 N,24,41.4220757,-45.1522378

 N,25,43.6635899,-46.1540629

 N,26,45.9061616,-47.1524363

 N,27,48.1497883,-48.1473539

 N,28,50.5189397,-48.5083222

 N,29,52.8885416,-48.8653113

 N,30,55.2585889,-49.2183191

 N,31,57.6290767,-49.5673437

 N,32,60.0000000,-49.9123829

 N,33,62.3709233,-49.5673437

 N,34,64.7414111,-49.2183191

 N,35,67.1114584,-48.8653113

 N,36,69.4810603,-48.5083222

 N,37,71.8502117,-48.1473539

 N,38,74.0938384,-47.1524363

 N,39,76.3364101,-46.1540629

 N,40,78.5779243,-45.1522378

 N,41,80.8183788,-44.1469650

 N,42,83.0577712,-43.1382486

 N,43,85.1214307,-41.6078726

 N,44,87.1838609,-40.0746310

 N,45,89.2450616,-38.5385274

 N,46,91.3050328,-36.9995653

 N,47,93.3637744,-35.4577482

 N,48,95.2602094,-33.4851626

 N,49,97.1554845,-31.5100869

 N,50,99.0496006,-29.5325233

 N,51,100.942559,-27.5524739

 N,52,102.834359,-25.5699412

 N,53,104.599985,-23.2051693

 N,54,106.364583,-20.8380632

 N,55,108.128153,-18.4686240

 N,56,109.890697,-16.0968529

 N,57,111.652216,-13.7227512

 N,58,113.323588,-10.9828614

 N,59,114.994052,-8.24064085

 N,60,116.663608,-5.49609014

 N,61,118.332257,-2.74920970

E,1,3

*DO,I,3,60,1

E,I,I+1

*ENDDO

E,61,2

!LESIZE,ALL,,,ENUM

!LMESH,ALL

!NSEL,s,node,,3,61,1  !節(jié)點(diǎn)3-61

!cm,zk,node

!allsel,all

d,1,all  !等效=d,all,ux  d,all,uy  d,all,uz

D,2,all

!ddele,i,ux

!ddele,i,uy

!D,i,uz

!d,i,ux,0

!D,i,ux

!同上  ddele,zk,ux  ddele,zk,uy

NODE1=NELEM(ENUM/2,1)

NODE2=NELEM(ENUM/2,2)

ACEL,,1

!*do,i,7,57,5

!f,i,fy,-100

!*enddo

FINISH

!PASS1=1

!*DOWHILE,PASS1

/SOLU

ANTYPE,0

NLGEOM,ON

SSTIF,ON

!cnvtol,f,,0.01,2,1 !非線性收斂準(zhǔn)則，根據(jù)計(jì)算情況修改。程序默認(rèn)值是5/1000.

NSUBST,10

OUTRES,ALL,ALL

SOLVE

FINISH

計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：

與找形結(jié)果一致。垂度=50.002

比對(duì)：

采用不同的軟件進(jìn)行計(jì)算比對(duì)，利用ansys找形的到的最終形態(tài)，反算初始形態(tài)。下圖為最終一次找形前的初始態(tài)。

比對(duì)空纜線性，采用原坐標(biāo)導(dǎo)入CAD比對(duì)：

原坐標(biāo)對(duì)比2中軟件的空纜線性，基本完全吻合。

提取空纜狀態(tài)下受F=1000KN的集中荷載的線性結(jié)果。受集中力F后，跨中最終大位移為50.011m，與我們初定的50m目標(biāo)值誤差僅為2/10000,與ansys求得的位移值50.0003基本一致。

其2種軟件最終結(jié)果對(duì)比；

其結(jié)果有誤差原因可能是2種軟件輸入的材料特性方式不一樣，截面特性也不一樣，一種是直接四舍五入后直接填入軟件，后者是采用軟件自帶材料特性和截面工具輸入，所以截面特性上有區(qū)別。另外，集中力的輸入一個(gè)采用的tonf為單位，一個(gè)是KN,此處也有區(qū)別。

總結(jié)與心得，待續(xù)。