永利总站yl▪谭成煌

本次学习的是基于ansys apdl语言，已知索的受力状态（有力态），求初始态（无力态）的方法。

列举实例，我们晾衣服采用的绳索，如何做到晾晒衣服后，保证衣服不接触地面，或离地面有要求的精确距离，那么我们就要在制作晾衣绳时，就要提前确定好长度，长度确定即确定了线型，才能保证绳索的工作态。如下图：

绳晾衣服图

转成工程实例，采用直径为d=0.2m的钢绳，牵过跨度为120m的塔上，并受11个集中荷载100T后，要求垂度为50m，求钢绳的长度和初始态。草图简要如下所示：

求解条件和求解问题已明确，想要解决此问题，实质上就是对索结构进行找形。索结构的形态其实是非线性大位移的问题，因为索结构的形状和应力形态是成相互影响的。所以，其索的有力态是很难事先提前找到的，也就是不知道空缆态的。因为既要满足假设的初始形态，又要满足假设的预加力的分布，这利用常规的方法很难达到。由于计算软件的非线性功能强大，可以借助有限元软件进行对索的找形求解。主要的方法是采用迭代，通过软件不断的往下更新模型状态，与施加荷载产生的位移相加的和慢慢逼近所需的结果。如下图：

即，通过软件不断的往下更新模型，提取跨中节点坐标+本次更新后模型的受力位移：fi+△dy=逼近目标值。当所求得的值满足我们所设定的误差范围内时，命令程序退出迭代，即求解完成。理论上很简单，但将理论落实到地确实很难，需要不断的摸索与反复尝试比对。计算过程动画演示如下：

 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         !规范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       !结束误差     

enum=60                

istran=0.000006   !初始应变     

ET,1,10

R,1,AREA,istran   !在实常数中给初应力

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  !节点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 !非线性收敛准则，根据计算情况修改。程序默认值是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

本次学习的软件：ansys，梯滴威（比对）。

本次参考的书籍：《ansys工程结构数值分析》▪王新敏；《ansys参数化编程与命令手册》▪王新敏

感谢某公司分公司副总经理周总的技术指导。

本次学习了ansys中的dowhile循环语句的使用，并结合if设置满足误差条件使程序在条件下执行运算，知道满足相应规则退出。也学习了在计算找形时，所注意的各种相应的开关，如打开非线性，打开大位移，打开刚度硬化效应等，并反复查找过程中的发散（不收敛）问题，最终确定了迭代合适的步长和更新模型因子，否则就很难收敛。

下面利找形的结果，提取初始线性，算受力态是否与假定相符。

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         !规范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       !结束误差     

enum=60                

istran=0.000006   !初始应变     

ET,1,10

R,1,AREA,istran   !在实常数中给初应力

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  !节点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 !非线性收敛准则，根据计算情况修改。程序默认值是5/1000.

NSUBST,10

OUTRES,ALL,ALL

SOLVE

FINISH

计算简图如下：

与找形结果一致。垂度=50.002

比对：

采用不同的软件进行计算比对，利用ansys找形的到的最终形态，反算初始形态。下图为最终一次找形前的初始态。

比对空缆线性，采用原坐标导入CAD比对：

原坐标对比2中软件的空缆线性，基本完全吻合。

提取空缆状态下受F=1000KN的集中荷载的线性结果。受集中力F后，跨中最终大位移为50.011m，与我们初定的50m目标值误差仅为2/10000,与ansys求得的位移值50.0003基本一致。

其2种软件最终结果对比；

其结果有误差原因可能是2种软件输入的材料特性方式不一样，截面特性也不一样，一种是直接四舍五入后直接填入软件，后者是采用软件自带材料特性和截面工具输入，所以截面特性上有区别。另外，集中力的输入一个采用的tonf为单位，一个是KN,此处也有区别。

总结与心得，待续。