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ANSYS 动力分析 (2) - 实例 1:Galloping Gertie 大桥  

2010-09-11 08:57:38|  分类: ANSYS 动力分析 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    介绍用实例:  Galloping Gertie 大桥

    目标

?    得到对执行典型动力分析包含的主要步骤的基本概念。
?
    塔科马窄桥 (Tacoma Narrows bridge),又称  Galloping Gertie,由于它在 1940 年的突然垮塌而闻名于世。本例中,我们将考察该桥的一个模型并计算它的自然频率和模态形状。然后将通过谐波分析来模拟导致该桥垮塌的风暴载荷和涡流。
 
    操作指南:
    1.  从常用的工作目录进入 ANSYS 。
    2.  读入文件 gallop.inp 创建桥梁模型
        Utility Menu > File > Read Input from…  选择 gallop.inp
    将对该桥创建模型和执行一个有预应力的静力分析:
                  ANSYS 动力分析 (2) - 实例 1:Galloping Gertie 大桥 - htbbzzg - htbbzzg的博客
 
 
 
3.    3.  下一步是执行一个模态分析。
      进入 Solution,修改分析类型为 Modal:
          Solution > New Analysis…  选择 Modal。
    4. 设置如下分析选项:
      Solution > Analysis Options...
接受默认值 (Block Lanczos)。
抽取 10 个模态。
扩展 10 个模态。
计算单元结果。
包含预应力选项,然后 OK。
    5.  在下一个对话框中 – 设置频率范围和模态规范化方法,接受默认值。
                ANSYS 动力分析 (2) - 实例 1:Galloping Gertie 大桥 - htbbzzg - htbbzzg的博客
 
    6. 求解:
       Solution > Solve > Current LS
 
    7. 绘制前几个模态形状:
        General Postproc > First Set
        General Postproc > Plot Results > Nodal Solution ...
                            ANSYS 动力分析 (2) - 实例 1:Galloping Gertie 大桥 - htbbzzg - htbbzzg的博客
 
  以下进行谐波分析:
8.    8. 进入 Solution,选择 harmonic analysis:
          Solution > New Analysis ...
    9. 设置如下分析选项:
          Solution > Analysis Options ...
    选择 Mode superposition solution method,
对所有其它选项使用默认值 (包括后续对话框)。
   10.10. 设置频率和子步选项:
          Solution > Time/Frequenc > Freq and Substeps...
       设置:Harmonic frequency range = 0 to 0.4
   Number of substeps = 40
   Stepped boundary conditions
11.   11. 设置 constant damping ratio = 0.01:
             Solution > Time/Frequenc > Damping…
   12. 对于模态叠加,施加一个载荷矢量 (load vector),放大因子 100:
             Solution > Apply > Load Vector > For Mode Super…
             (关闭警告信息窗口)
   13. 求解:
             Solve > Current LS
   14. 进入 POST26 (TimeHist Postproc) 并指定结果文件:
           TimeHist Postpro > Settings > File…
             Number of variables allowed = 200
             File containing data = gallop.rfrq  
   15.  创建一个代表中心节点的标量参数:
                  ncen = node(0,0,0)    (得到 ncen = 2)
   16.  定义一个变量 (a vector) ,包含中心节点的位移 UZ
a. TimeHist Postpro > Define Variables > Add > Nodal DOF Result > OK
b. 选取一个任意节点并在拾取对话框中按 OK
              (注意:在下一个对话框中将修改此节点号为 NCEN)
c. 该变量的参考号为 2
d. Node Number = ncen
e. Name (用户定义标识) = umid
f.
选择 DOF Solution, UZ 
   17. 绘制变量 2 的图形:  TimeHist Postpro > Graph Variables  在顶部域中输入 2.
   18. 退出 ANSYS,或:如果时间允许,转到第 19 步。
               ANSYS 动力分析 (2) - 实例 1:Galloping Gertie 大桥 - htbbzzg - htbbzzg的博客
 
   可选:继续以下各步,查看在频率为 0.07 Hz 处的变形形状和应力
   19. 读入文件 gallop_more.inp
   20.  进入 POST1,读取 load step 1 substep 7 的结果,绘制变形形状和应力云图。对于虚部重复这一操作。
   21.  退出 ANSYS
 
        ANSYS 动力分析 (2) - 实例 1:Galloping Gertie 大桥 - htbbzzg - htbbzzg的博客
 
 
          附录: gallop.inp 文件内容
 
! Input file gallop.dat for Dynamics Seminar
!
finish
/clear
/udoc,1,date,off
complete=0            ! 如果将此句改为 complete = 1,将会执行完整的分析,否则只是生成模型
/filnam,gallop
/prep7
et,1,4
et,2,8
et,3,43
!
r,1,1120,1.3e8,1.8e8,60,112     ! tower
rmore,,1900
hst=96       ! height of stiffening girders
r,2,238,61000,hst**3*10/12,hst,75 !
rmore,,140
r,3,124.7           ! hanging cables
r,4,4.7             ! suspenders
r,5,.7              ! bridge deck
mp,ex,1,30e6
mp,dens,1,0.00073
mp,prxy,1,0.3
mp,ex,2,30e6
mp,dens,2,0.00073*2  ! denser to account for paving mat'l and bracing
mp,prxy,2,0.3
n,1
towr=240*12      ! height of tower above roadway is 240 feet
hcs=1400*12      ! half of central span is 1400 feet
n,11,hcs
fill             ! 11 nodes filling half the span
ss=1100*12       ! side spans are 1100 feet
n,21,hcs+ss
fill
! Approximate the cables with parabolas
xincc=hcs/10
xincs=ss/10
*do,i,1,11
  xc= (i-1)*xincc
  zz=towr*(xc/hcs)**2+50         ! parabolic curve
  n,i+50,xc,,zz
  xs= (i-1)*xincs
  zz=towr*(1.0-xs/ss)**1.25+50
  n,i+60,hcs+xs,,zz
*enddo
n,100,hcs,,-180*(12)     ! distance from top of foundation to
    ! roadway. (foundation sticks out of water)
nlis,all
! Tower
e,100,11
e,11,61
! Stiffening truss
real,2
e,1,2
egen,20,1,-1
! Hanging cable
type,2
real,3
e,51,52
egen,20,1,-1
! Suspenders
real,4
e,1,51
egen,20,1,-1
elis,all
edel,53           ! remove suspender along tower to avoid compression
nsym,x,100,all
esym,,100,all
ngen,2,200,1,200,1,,70*12
egen,2,200,all
! Cross members of tower
type,1
real,1
e,11,211
e,61,261
e,111,311
e,161,361
! Bridge deck
type,3
real,5
mat,2
e,1,2,202,201
egen,20,1,-1
e,102,101,301,302
egen,20,1,-1
nummrg,node
allsel
/view,1,1,1,1
/vup,1,z
*if,complete,eq,1,then
  /show,gallop,grph
*endif
eplot
SAVE
finish
! Static solution for prestress
/solu
antype,static  
pstres,on
d,100,all,,,400,100
d,21,all,,,321,100 
d,71,all,,,371,100 
acel,,,386.4             ! Only load for prestress is g
solve  
finish
! Prepare for modal solution
/solu
acel                     ! Delete acceleration load
esel,s,real,,2 
SFBEAM,all,2,PRES,1      ! Pressure loading to create load vector
nsle
nsel,r,loc,y,0
ESLN,S,1
SFBEAM,all,1,PRES,-0.8
esel,s,real,,2 
nsle  
nsel,r,loc,y,840  
ESLN,S,1
SFBEAM,all,1,PRES,0.8
ESEL,ALL
NSEL,ALL
/NUM,1 
/PNUM,REAL,1
EPLOT
SAVE
*if,complete,eq,1,then
  antype,modal
  modopt,lanb,40
  mxpand,40,,,yes
  pstres,on
  solve
  finish
  /post1
  /view,,1,2,3
  set,,1
  pldisp
  set,,2
  pldisp
  set,,3
  pldisp
  finish
  /solu
  antype,harmonic
  hropt,msup
  harfrq,0,0.4
  nsubst,40
  kbc,1
  dmprat,0.01
  lvscale,100
  solve
  save
  finish
  /post26
  file,,rfrq
  ncen=node(0,0,0)
  nsol,2,ncen,u,z,umid
  plvar,2
  finish
  ! ------
  ! /input,gallop_more,dat      !  内容见下面。
*endif
    其中使用的 gallop_more.dat 文件的内容如下:
! Input file gallop_more.dat for Dynamics Seminar
!
/solu
ANTYPE,harmonic
HROPT,MSUP
HROUT,ON,OFF,0
!*
expass,on
numexp,40,0,0.4,1
hrexp,all
solve
finish
/post1
set,1,7            ! real part
pldisp,2
set,1,7,,1         ! imaginary part
pldisp,2
!finish
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