ANSYS程序是美國ANSYS公司研制的大型有限元分析（FEA）軟件，自1970年John Swanson博士洞察到計算機模擬工程應(yīng)該商品化，創(chuàng)建了ANSYS公司以來，ANSYS程序已發(fā)展成為全球范圍一個多用途的設(shè)計分析軟件。ANSYS程序是一個功能強大的設(shè)計分析及優(yōu)化軟件包。與其它有限元分析軟件如SAP或NASTRAN等相比，它有以下特點：（1）ANSYS是完全的WINDOWS程序，從而使應(yīng)用更加方便；（2）產(chǎn)品系列由一整套可擴展的、靈活集成的各模塊組成，因而能滿足各行各業(yè)的工程需要；（3）它不僅可以進行線性分析，還可以進行各類非線性分析；（4）它是一個綜合的多物理場耦合分析軟件，用戶不但可用其進行諸如結(jié)構(gòu)、熱、流體流動、電磁等的單獨研究，還可以進行這些分析的相互影響研究，例如：熱—結(jié)構(gòu)耦合，磁—結(jié)構(gòu)耦合以及電—磁—流體—熱耦合等[1]。

　　2.ANSYS分析步驟

　　2.1荷載應(yīng)力計算步驟：

　�。�1）選定單元類型。

　　（2）設(shè)置材料的回彈模量、泊松比等參數(shù)。

　�。�3）創(chuàng)建幾何模型。

　　（4）對網(wǎng)格尺寸分析控制，分配單元屬性，劃分網(wǎng)格。

　�。�5）施加動荷載。

　�。�6）施加結(jié)構(gòu)邊界條件，耦合重合節(jié)點的結(jié)構(gòu)自由度。

　�。�7）求解，后處理查看結(jié)果。

　　2.2溫度翹曲應(yīng)力計算步驟：

　　2.2.1熱分析

　�。�1）選定單元類型。

　�。�2）設(shè)置材料的回彈模量、泊松比、導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)。

　　（3）創(chuàng)建幾何模型。

　�。�4）對網(wǎng)格尺寸分析控制，分配單元屬性，劃分網(wǎng)格。

　�。�5）施加溫度邊界，耦合重合節(jié)點自由度。

　�。�6）非線性求解，獲得溫度場結(jié)果文件。

　　2.2.2結(jié)構(gòu)分析

　�。�1）定義8節(jié)點結(jié)構(gòu)單元solid45。

　　（2）將所有單元由solid70轉(zhuǎn)化為solid45。

　�。�3）刪除solid70單元。

　�。�4）定義材料的線膨脹系數(shù)a。

　�。�5）定義參考溫度。

　　（6）施加結(jié)構(gòu)邊界條件，耦合重合節(jié)點的結(jié)構(gòu)自由度。

　�。�7）讀入溫度場結(jié)果文件中的溫度場信息，作為荷載施加。

　�。�8）非線性求解，后處理查看結(jié)果[2]。

　　3.雙層剛性道面板的有限元分析

　　3.1彈性多層體系

　　彈性地基理論雖然廣泛地應(yīng)用于水泥混凝土道面的應(yīng)力分析，但仍然存在著不足，其不足主要表現(xiàn)在地基模型方面，無論是文克勒地基模型還是彈性半空間地基模型，都把面層下包括基層和土基在內(nèi)的多層地基體系用當(dāng)量（或等效）的均質(zhì)體系來替代，并以一個或一對參數(shù)（K或E和μ）表征其性質(zhì)。而這些參數(shù)又是通過直徑有限的承載板（75cm或30cm）在地基頂面進行荷載彎沉試驗后確定的。作用荷載經(jīng)過混凝土面層板傳到地基頂面的壓力分布以及傳到地基內(nèi)的影響深度，均與小直徑承載板下的壓力分布和影響深度有很大的出入。因而，承載板測定的結(jié)果無法如實反映實際地基在面層板下特性，按這樣的地基參數(shù)由彈性地基板理論解分析得到的撓度和應(yīng)力值，必然會偏離實際情況。按面層下的結(jié)構(gòu)層次和材料性質(zhì)采用層狀地基模型可以改善這一狀況，但多層地基板的解析解目前還沒有，而有限元分析仍需對地基反力作近似假設(shè)并需復(fù)雜而費時的計算。因此，出現(xiàn)了直接采用彈性多層體系理論分析，水泥混凝土道面荷載應(yīng)力的探索。

　　雙層和三層彈件層狀體系理論解首先是由Burmister提出的。而后經(jīng)許多研究的貢獻發(fā)展到多層體系，理論解采用軸對稱課題，將三維問題化為二維。對于不同構(gòu)形的多輪荷載問題，采用單輪分析后進行迭加的方法解決。

　　多層體系假設(shè)最下層為向下無限深的半無限體。Parker等在為驗證多層體系理論解對混凝土路面的適用性而進行的試驗中發(fā)現(xiàn)，多層體系理論解的撓度量比實測撓度量大。經(jīng)分析，理論撓度量偏大主要是由于面層下地基所引起的，這可能是由于地基內(nèi)土基的模量通常隨深度而增加，而鉆探取樣的深度一般不超過3m，因而深處土層的模量在計算中估計偏低。

　　為此，Parker等在多層體系模型的最下層引入了一個剛度大的無限厚土層，經(jīng)多次試驗驗證和計算分析，認(rèn)為此層的彈性模量為7000MPa、泊松比為0.4距頂面深度為6m時，可使理論撓度值與實測撓度值較好地吻合。

　　3.2彈性地基板

　　彈性地基板理論把剛度大的水泥混凝土面層看作是支承于彈性地基上的小撓度彈性板采用彈性地基板。模型分析荷載應(yīng)力時，對于面層板通常作如下假設(shè)：

　�。�1）板為具有彈性常數(shù)E（彈性模量）和μ（泊松比）的等厚彈性體；

　�。�2）作用于板上的荷載，其施壓面的最小邊長或直徑大于板厚時，可近似地忽略豎向壓縮應(yīng)變和剪應(yīng)變的影響，而利用薄板（或稱中厚板）彎曲理論進行計算分析。當(dāng)施壓面尺寸小于板厚時，需采用厚板理論計算，或者依據(jù)厚板理論對薄板理論的計算結(jié)果進行修正

　　（3）彈性地基在接觸面處對板僅作用有豎向反力，也即地基和板之間無摩阻力；同時，在荷載作用下，板同地基的接觸保持完全連續(xù)，板的撓度即為地基頂面的撓度。

　　為了建立接觸面處地基頂面撓度同地基反力的關(guān)系，對地基采用不同的模型。

　　彈性半空間地基模型——地基看作是均質(zhì)的半無限連續(xù)介質(zhì)。地基頂面上任一點的撓度不僅同作用于該點的壓力有關(guān)，也同頂面其它點上的壓力有關(guān)。采用彈性模量和泊松比來表征其彈性性質(zhì)。

　　3.3道面結(jié)構(gòu)的有限元模型

　　為更好地反映雙層剛性道面板的實際情況，將道面結(jié)構(gòu)分為五層：水泥混凝土加鋪層、隔離層、舊水泥混凝土道面板、基層和土基。各結(jié)構(gòu)層作如下假定：

　�。�1）各層為均質(zhì)的各向同性的線彈性體；

　�。�2）每一層之間的接觸面為完全連續(xù)的；

　�。�3）土基底面各向位移為零地基側(cè)面水平方向位移為零，其余各層在兩端橫截面上水平位移為零在兩側(cè)側(cè)面上位移自由；

　　（4）不計道面結(jié)構(gòu)自重影響。

　　雙層剛性道面板的有限元模型如圖1所示：

　　參考文獻：

　　[1]王友海 顏慧軍 胡長勝 大型有限元分析軟件ANSYS的特點[J].2000（9）29-31.

　　[2]呂新麗 普通水泥混凝土路面三維尺寸研究[D].西安：長安大學(xué).2009.