格构梁的ANSYS有限元模拟分析实例运用
基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析共3篇
基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析共3篇基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析1混凝土结构是我们生活和工作环境中不可或缺的部分。
为了保证结构的安全性和耐久性，需要进行大量的试验和分析。
钢筋混凝土结构试验有限元分析是其中一种方法，本文将介绍如何基于ANSYS进行试验有限元分析。
1、前期准备工作进行钢筋混凝土结构试验有限元分析前，需要进行一些前期准备工作。
首先要确定模型的尺寸和几何形状，包括梁的长度、宽度和高度，钢筋的数量和材料等信息。
其次是建立材料模型。
钢筋和混凝土的本构关系可以参考各种规范和文献，例如ACI318和EHE等。
最后是进行荷载和边界条件的设置。
这些参数可以根据试验的要求进行设定。
2、建立有限元模型通过ANSYS软件建立钢筋混凝土结构的有限元模型。
其中，混凝土部分采用可压缩性线性弹性模型；钢筋采用弹塑性模型，可以考虑材料的塑性性质。
首先，选择适当的元素类型，包括梁单元和实体单元。
对于梁单元，要选择适当的截面类型和断面参数。
对于实体单元，要确定网格的大小和形状。
然后，按照模型的几何形状和材料参数设置单元类型和属性。
最后，进行单元的划分和网格生成，调整边界条件，使其与试验条件保持一致。
3、分析和结果在模型准备就绪之后，进行分析和结果的处理。
首先，定义荷载和边界条件，可以模拟多种加载模式，例如单点荷载、均布荷载、自重等。
然后，进行静态分析或动态分析。
静态分析可以计算结构的变形、应力和应变等参数；动态分析可以模拟结构在地震、风等自然灾害下的响应。
最后，进行结果的处理和分析。
包括可视化、动画演示、应力云图、位移云图等，能够对计算结果进行全方位的检查和分析。
综上所述，基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析是一种非常有用的手段，可以帮助工程师更准确地评估结构的安全性和耐久性。
它具有良好的可靠性和可操作性，可在较短的时间内快速建立模型和分析结果。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析2钢筋混凝土结构是目前建筑工程最常用的一种结构形式，其优点在于承载能力强、耐久性好、施工方便等。
梁模型有限元计算_ANSYS Workbench有限元分析实例详解（静力学）_[共7页]
![梁模型有限元计算_ANSYS Workbench有限元分析实例详解（静力学）_[共7页]](https://img.taocdn.com/s3/m/ba2491b227d3240c8547ef2c.png)
4.2 梁单元静力学分析当结构长度对横截面的比率超过10:1，沿长度方向的应力为主要分析对象，且横截面始终保持不变时，即应用梁单元。
梁单元可用于分析主要受侧向或横向载荷的结构，如建筑桁架、桥梁、螺栓等。
在WB中默认为铁摩辛柯（Timoshenko）梁单元，即Beam188和Beam189，可计算弯曲、轴向、扭转和横向剪切变形。
其中Beam188采用线性多项式作为形函数，Beam189采用二次多项式作为形函数，当WB的Mesh设置中Mesh-Element Midside Nodes为Dropped 时，即为Beam188；Mesh-Element Midside Nodes为Kept时，即为Beam189。
有限元对单元特性的描述包括单元形状、节点数目、自由度和形函数。
表4-2-1为Beam 单元的对比。
在WB中默认设置为二次单元。
一般来说，线性单元需要更多的网格数才能达到二次单元的精度。
选用二次单元可提高计算精度，这是因为二次单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，且二次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数，所以当结构形状不规则、应力分布或变形很复杂时可以选用高阶单元。
但高阶单元的节点数较多，在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模要大得多，计算内存消耗也多，因此，在使用时应权衡考虑计算精度和时间。
表4-2-1 Beam单元对比4.2.1 梁模型有限元计算用ProE建立一桁架模型，导入WB进行分析计算。
（1）ProE建模。
在草绘界面绘制一边长为30mm、40mm、50mm的三角形，然后选择投影命令将草绘图形投影到基准面上，另存为x_t文件（其他3D软件操作方法类似）。
（2）导入模型。
如图4-2-1所示，在Import设置中，Operation设为Add Frozen，Line Bodies 设为Yes。
– 65 –– 66 – 图4-2-1 Import ProE模型文件设置（3）梁截面赋值，并定义截面方向，最后用Form New Part将三根梁合并为一个部件，如图4-2-2所示。
有限元软件ansys培训教程：第六讲实例
有限元软件ansys培训教程：第六讲实例有限元软件 ANSYS 培训教程：第六讲实例在有限元软件 ANSYS 的学习过程中，实例操作是巩固理论知识、提升应用能力的关键环节。
本讲将通过一个具体的实例，带您深入了解 ANSYS 在工程问题中的实际应用。
我们要分析的是一个简单的悬臂梁结构。
假设该悬臂梁长度为5 米，横截面为矩形，宽 02 米，高 03 米，材料为钢材，弹性模量为 210GPa，泊松比为 03，在梁的自由端施加一个垂直向下的集中力 1000N。
首先，打开 ANSYS 软件，进入前处理模块（Preprocessor）。
在前处理中，我们需要定义单元类型、材料属性和几何模型。
选择合适的单元类型对于准确模拟结构的力学行为至关重要。
对于这个悬臂梁问题，我们可以选择 BEAM188 单元，它适用于分析梁结构。
接下来定义材料属性。
在材料属性设置中，输入钢材的弹性模量210×10^9 Pa 和泊松比 03。
然后创建几何模型。
我们可以通过直接输入关键点的坐标来构建悬臂梁的形状。
首先定义梁的两个端点，一个固定端（坐标为 0,0,0），一个自由端（坐标为 5,0,0），然后连接这两个点形成直线，从而创建出悬臂梁的几何模型。
完成几何模型创建后，需要对其进行网格划分。
合理的网格划分能够提高计算精度和效率。
对于这个简单的悬臂梁，可以采用均匀的网格划分方式。
进入求解模块（Solution），施加边界条件和载荷。
在固定端，约束所有自由度，即限制其在 X、Y、Z 方向的平移和绕 X、Y、Z 轴的转动。
在自由端施加垂直向下的集中力 1000N。
设置好求解选项后，点击求解按钮，ANSYS 软件将开始计算。
计算完成后，进入后处理模块（Postprocessor）查看结果。
我们可以查看梁的变形、应力分布等情况。
通过查看变形结果，可以直观地了解悬臂梁在载荷作用下的挠曲程度。
应力分布结果则能帮助我们判断结构是否会发生破坏。
ANSYS有限元分析——ANSYS梁问题实例
41
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束 约 的 向 方 y和 x加 施1 点 节 给
51
61
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71
KO→ demrofednU + feD tceles → …epahS demrofeD→ stluseR tolP→ corptsoP lareneG :uneM niaM SYSNA 图形变的构结、11
2
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梁ansys分析实例讲解课件
ansys软件操作流程
定义弹性模量、泊松比、密度等材料属性 建立几何体
在Model模块中选择“Model”选项卡
ansys软件操作流程
• 创建梁的几何体，输入梁的截面尺寸等信息
ansys软件操作流程
网格划分 在Model模块中选择“Mesh”选项卡 设置网格大小、网格类型等参数
定义约束和载荷
在简支梁的两个端点上定义约束和 载荷。
边界条件与载荷施加
固定约束
在简支梁的两个端点施加固定约 束，以模拟简支边界条件。
均布载荷
在简支梁的跨中施加均布载荷， 以模拟简支梁受到的集中力。
网格划分与求解
网格划分
对简支梁进行网格划分，可以选 择合适的网格密度以提高求解精
度。
求解设置
在“Solution”菜单下进行求解 设置，包括迭代次数、收敛准则
减少模型规模：减小 模型的规模，降低内 存需求；
如何设置ANSYS软 件中的单位制？
升级硬件：增加物理 内存或使用更好的计 算机配置。
a型时， 选择合适的单位制，如米制或英
制；
在模型树中选择模型名称，进入 Model模块，在Model模块中选 择“Model”选项卡，在弹出的 对话框中选择“Units”选项卡
求解设置
进行求解设置，包括迭代次数、收敛标准等。
求解过程
进行求解，得到桥梁结构的应力分布、位移分布等结果。
06
ansys软件操作流程及常见问题 解答
ansys软件操作流程
建立模型 启动ANSYS软件，选择Workbench模式
创建新的模型文件，命名并保存
ansys软件操作流程
梁结构静力有限元分析
机械工程有限元法学号：姓名：专业：年月日引言有限元方法发展到今天。
已经成为一门相当复杂的实用工程技术。
有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特征。
即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型。
模型包括所有节点、单元、材料属性、实常数、边界条件以及其他用来表现这个物理系统的特征。
ANSYS(analysis system)是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型CANE通用有限元分析软件，可广泛应用于航空航天、机械、汽车交通、电子等一般工业及科学研究领域。
该软件提供了不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用ANSYS参数设计语言扩展宏命令功能。
ANSYS的学习、应用是一个系统、复杂的工程。
由于它涉及到多方面的知识，所以在学习ANSYS的过程中一定要对ANSYS所涉及到的一些理论知识有一个大概的了解，以加深对ANSYS的理解。
目录引言一、实验目的 (1)二、ANSYS软件应用介绍 (1)三、实验内容 (3)四、实验步骤 (3)1. 建立有限元模型 (3)2. 施加载荷并求解 (9)3、查看实验结果 (11)五、实验结果分析 (13)六、实验总结 (14)参考文献梁结构静力有限元分析一、实验目的1、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。
2、能利用ANSYS软件对梁结构进行静力有限元分析。
3、加深有限元理论关于网格划分概念、划分原则等的理解。
二、ANSYS软件应用介绍ANSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件。
所谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求。
一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的负载也相当多，理论分析往往无法进行。
想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。
（一）ANSYS软件主要特点1. 唯一能实现多场及多场耦合分析的软件2.唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件3.唯一具有多物理场优化功能的FEA软件4.唯一具有中文界面的大型通用有限元软件5．强大的非线性分析功能，多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置6.支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容;强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行;多种自动网格划分技术7. 良好的用户开发环境(二)、ANSYS的分析研究过程1、前处理（1）建模有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特征，即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型，模型包括所有节点、单元、材料属性、实常数、边界条件以及其他用来表现这个物理系统的特征。
【ANSYS算例】3.3.7(3) 三梁平面框架结构的有限元分析(GUI)及命令流
【ANSYS 算例】3.3.7(3) 三梁平面框架结构的有限元分析针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。
结构中各个截面的参数都为：113.010Pa E ，746.510m I ，426.810m A ，相应的有限元分析模型见图3-20。
在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。
图3-19 框架结构受一均布力作用（a ） 节点位移及单元编号 （b ） 等效在节点上的外力图3-20 单元划分、节点位移及节点上的外载解答 对该问题进行有限元分析的过程如下。
1．基于图形界面的交互式操作(step by step)(1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序 →ANSYS → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname (设置工作文件名): beam3→Run → OK(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK(3) 选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →beam ：2D elastic 3 →OK (返回到Element Types 窗口) →Close(4) 定义材料参数ANSYS Main Menu:Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic→Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) →OK →鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1 Beam3→OK→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close(6) 生成几何模型生成节点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→In Active CS→Node number 1 →X:0,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 2 →X:1.44,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 3 →X:0,Y:0,Z:0→Apply→Node number 4 →X:1.44,Y:0,Z:0→OK生成单元ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Element →Auto Numbered →Thru Nodes →选择节点1，2(生成单元1)→apply →选择节点1，3(生成单元2)→apply →选择节点2，4(生成单元3)→OK(7)模型施加约束和外载左边加X方向的受力ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes →选择节点1→apply →Direction of force: FX →V ALUE：3000 →OK→上方施加Y方向的均布载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Beams →选取单元1(节点1和节点2之间)→apply →V ALI：4167→V ALJ：4167→OK左、右下角节点加约束ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Nodes →选取节点3和节点4 →Apply →Lab:ALL DOF →OK(8) 分析计算ANSYS Main Menu:Solution →Solve →Current LS →OK →Should the Solve Command be Executed? Y→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口(9) 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape … →Def + Undeformed →OK (返回到Plot Results)(10) 退出系统ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK(11) 计算结果的验证与MA TLAB支反力计算结果一致。
ANSYS有限元分析实例
ANSYS有限元分析实例假设我们需要分析一个简单的悬臂梁结构，该梁由一个固定端和一个自由端组成。
其几何形状和材料属性如下：梁的长度：L = 1000mm梁的宽度：W = 20mm梁的高度：H = 10mm梁的材料：钢材材料的弹性模量：E=210GPa材料的泊松比：υ=0.3在进行有限元分析之前，我们首先需要绘制悬臂梁的几何模型，并划分网格。
对于本例，我们可以使用ANSYS软件的几何建模工具进行绘制和网格划分。
然后，我们需要定义材料属性和加载条件。
在ANSYS中，可以通过分析系统中的属性表来定义材料属性。
在本例中，我们将定义钢材的弹性模量和泊松比。
接下来，我们将定义结构的约束和加载条件。
悬臂梁的固定端不允许位移，因此我们需要将其固定。
我们还需要定义在自由端施加的外部力或力矩。
在建立有限元模型之后，我们需要进行模型网格划分并设置网格精度。
在ANSYS中，可以选择适当的网格划分工具，例如自适应网格划分或手动划分。
完成网格划分后，我们可以应用适当的材料属性和加载条件。
在ANSYS中，可以使用强度分析工具来定义材料属性，并使用负载工具来定义加载条件。
我们可以在加载条件中指定施加在自由端的外部力或力矩。
然后，我们需要选择适当的求解器类型和求解方法。
在ANSYS中，可以选择静态结构分析求解器，并选择适当的求解器设置。
在求解器设置完成后，我们可以运行有限元分析，并获得结构的响应和性能结果。
在ANSYS中，可以查看和分析各个节点和单元的应力、应变、位移等结果。
最后，我们可以通过对结果进行后处理和分析，得出结构的安全性和性能评估。
在ANSYS中，可以使用后处理工具查看节点和单元的应力云图、变形云图、反应力云图等。
综上所述，这是一个使用ANSYS有限元分析进行静态结构分析的简单实例。
通过应用ANSYS软件的建模、网格划分、材料属性定义、加载条件定义、求解器设置、求解分析等步骤，我们可以获得悬臂梁结构在不同加载条件下的响应和性能结果。
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格构梁的ANSYS有限元模拟分析实例运用作者：张少剑刘真
来源：《城市建设理论研究》2013年第10期
摘要:本文通过一工程实例运用ansys模拟计算。
针对格构梁的研究，合理地简化模型，取出1.5米宽的土体、梁和面层单元，两边加对称约束，从而达到模拟空间结构梁的目的。
本文还模拟了基坑的开挖过程的时空效应，共分七步，土体在自重应力作用下的沉降为第一步，梁与面层的激活、力的施加和土层杀死共分六步。
梁的最大受力状态并不发生在最后一步完成后，而是在第六工况。
关键词:格构梁有限元分析模拟分析
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
1 土体、梁、锚索和混凝土面层共同作用
基坑支护的受力机理是土体的土压力作用在格构梁和混凝土面层上，混凝土面层的力传递到格构梁上，格构梁再把它受到的力传递到和它相连的锚索上，锚索则和被支护土体嵌固为一体，格构梁和混凝土面层除起到承受土压力外，格构梁还起到平均弯矩和变形的作用，喷射混凝土面层则有保护土体表面，防止土体表面非格构梁作用部位坍塌的作用。
2模型简化及技术处理
根据基坑开挖深度，根据实际的土体性质建立土体模型。
格构梁的作用是承受弯矩的，可以选用Beam4梁单元，考虑到钢筋混凝土格构梁中有钢筋的作用，其弹性模量、泊松比等设置有所调整。
在建模时，如果混凝土面层的长宽与厚度的比都大于5，所以在有限元分析中采用板壳单元可以全面地反映其变形特征和应力分布规律。
混凝土面层用Shell63单元模拟，其参数的取值和梁单元相同。
由于格构梁的受力性状，锚索的模拟对格构梁的受力影响较小，本模型忽略考虑锚索的模拟。
预应力锚索的作用简化为作用在纵横梁交点处的集中力。
对于格构梁和土体、混凝面层之间的接触，模型采用节点耦合，以实现共同变形和受力。
3.1ANSYS有限元模拟计算
3.1.1模型的参数
1．土体的参数见下表：
表1 土体参数
2．混凝土面层的参数：
弹性模量：＝2.55×1011泊松比：＝0.3天然容重：＝25000 面层厚度：h=0.1m
3．梁的参数：
弹性模量：＝2.55×1011泊松比：＝0.3天然容重：＝25000梁高：h=0.3m 梁宽：b=0.3m 截面积：＝9.0×10
3.1.2 土体分工况开挖模拟
1．目的：在施工过程中，土层分步开挖，分层设置锚索格构梁、分段施工进行，最终施加锚拉力。
本工程施工难度大，四周都是重要建筑物，为防止土体向坑内倾斜，要求预应力锁定值达到设计值。
在施工过程中格构梁的受力是变化的，最终施工完毕时的受力状态并不一定是最危险的状态，因此需要模拟基坑的开挖过程。
2．技术控制：模型的单元划分基本上都用了手动控制，从而使单元形状比较规则，单元大小合适，便于分步开挖控制。
为便于分析，支护单元和土体取1.5m宽，两侧加对称荷载，以保证分析的部分处在整个空间梁系中，底面加全部约束，平行于开挖面的两侧只加x 方向约束。
模拟过程分七步，考虑到锚杆打入土体后不能马上施加预应力，待混凝土的粘结强度达80%时才能施加张拉力，再为了施工方便，每个工况在对锚索施加预应力时，土体开挖深度至锚索下1.0米位置。
具体工作见表3-3。
表有限元模拟工况表
整个模型离散化为10625个单元、13565个节点。
其中包括：10440个Solid45单元、56个Beam4单元、129个Shell63单元。
3.1.3 模拟计算结果及分析
3.1.3.1 位移等值线分析
第一工况是土体在自重应力作用下的沉降，最小沉降量在最下层土体为3.877 mm，最大沉降量在最上层土体为34.891 mm。
第二工况：开挖掉第一层土体后，基坑侧土体由于卸载作用，坑底的土体的沉降变小，同时由于基坑边上地表施工荷载20kPa的作用，整体的竖向沉降变大，底部最小沉降值为4.907 mm，顶部最大值变为44.167 mm。
边坡土体由于面层和梁的加固作用，沉降比同层土体小。
3.1.3.2格构梁的内力研究
本文主要工作是研究梁的内力变化，为比较在开挖过程中梁的受力状态，现用梁的弯矩图显示各工况下梁的弯矩值，根据数据文件的弯矩值找出梁的最危险受力状态。
图1各开挖工况下梁的弯矩
计算结果分析：
（1）第二工况最大弯矩值为24.507 kN.m，发生在开挖深度2.5m处。
以后各工况的最大弯矩值分别为23.87 kN.m、27.245 kN.m、27.563 kN.m、27.759kN.m、27.746 kN.m，都发生在开挖深度2.5m处。
（2）梁每个点的弯矩值都随着开挖在变化。
梁的弯矩在开挖深度5m以内的变化值很小，从5m到9m之间梁弯矩随开挖深度的增加变化起伏明显，从9m之后梁弯矩的波动变大，如12.5m处的梁弯矩从-18.371 kN.m变化到7.426 kN.m，从负值变化到正值。
因此在对格构梁进行设计时考虑开挖的动态过程是非常有必要的。
而且从图中还可以发现一个规律：基床系数越大，在开挖过程中梁弯矩的变化幅值越大。
（3）开挖到第六工况时梁的正弯矩值最大，而不是最终开挖完毕后的值最大，但是差别很小，在0.5%以内。
因此梁的设计可根据第七工况的受力状态进行设计。
（4）8m以下是中强风化岩层，图1可以看出基坑开挖到该层上后，从第五工况往后，每段梁施工完毕时梁的下端的负弯矩都比较大，但当下一段梁施工完后，上一段梁的弯矩值又变小。
从第七工况弯矩图可以看出：基床系数越小，力作用的位置处梁的弯矩值越大，最大值点在填土层上，此处和第三章第一个例题得出的结论相似。
4小结
本文选取了一个工程实例介绍了格构梁现场监测的方法及内容，同时本文简单介绍了ANSYS软件的功能、常用的屈服准则和本文所用的单元类型。
针对格构梁的研究，合理地简化模型，取出1.5米宽的土体、梁和面层单元，两边加对称约束，从而达到模拟空间结构梁的目的。
模拟计算过程中略去了锚索单元的模拟，把锚拉力以集中力的形式加在格构梁上，对于本文的研究对象格构梁的受力情况没有影响。
本文还模拟了基坑的开挖过程的时空效应，共分七步，土体在自重应力作用下的沉降为第一步，梁与面层的激活、力的施加和土层杀死共分六步。
绘制并分析了各开挖工况的y、x方向的位移等值线图，纵梁的弯矩图。
梁的最大受力状态并不发生在最后一步完成后，而是在第六工况。
对于每一段梁，在基坑开挖过程中的数值都在变化，梁的弯矩是不断变化的，最终的数值不一定是最大的，有的梁段变化幅值很大，甚至从正值变成负值。
对于梁的设计，我们从施工方便、经济效益方面考虑，一根纵梁最好都采用一种配筋方式，因此我们寻找弯矩值最大的梁段作为设计参考值。
参考文献
[1] 陈精，蔡国忠．电脑辅助工程分析ANSYS使用指南[M]．北京：中国铁道出版，2001， 1~2, 104~106
[2] 郝文化．ANSYS土木工程应用实例[M]．北京：中国水利水电出版社，2005
[3] 李权．ANSYS在土木工程中的应用[M]．北京：人民邮电出版社，2005。