发布时间：2023-03-13 11:18:10 浏览次数：947次
武汉建策工程咨询有限公司▪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
节点 | 节点号 | x | y | dy | y+dy |
N | 32 | 60 | -49.360 | -0.6403 | -50.0003 |
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；
软件 | 节点 | 节点号 | F集 中力 | x | y | dy（m） | y+dy (m) | 目标值f(m) | 误差 |
ANSYS | N | 32 | 100tonf | 60 | -49.36 | -0.6403 | -50 | -50 | 6E-06 |
TDV | N | 31 | 1000KN | 60 | -49.361 | -0.6504 | -50.011 | -50 | 0.00022 |
△ | - | - | - | - | 0.00068 | 0.01012 | 0.01088 | - | - |
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。
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