【iSolver案例分享73】iSolver在土木工程中的应用之斜拉桥建模与仿真 原创

1.1. 引言

随着大跨度桥梁的快速发展，有限元分析软件已成为结构设计与研究中的关键工具。在传统工程实践中，常见的商用软件如ANSYS、ABAQUS等被广泛使用。但近年来，随着国产自主软件的发展，土木工程师们有了更多选择。iSolver作为一款新兴的国产有限元分析平台，凭借其操作方式与ABAQUS类似的建模体验和较高的计算效率，逐渐引起业内关注。本文以一座跨径为100+220+100 m的斜拉桥为例，介绍iSolver在斜拉桥建模与仿真中的应用，并与ANSYS计算结果进行对比分析。

1.2. iSolver简介

iSolver是一款纯国产的有限元分析软件，采用模块化的架构，界面与操作逻辑接近ABAQUS，便于已有大型有限元软件使用经验的工程师快速上手。其主要特点包括：

友好的操作体验：采用与ABAQUS类似的建模与求解流程，降低学习成本。

国产自主研发：完全独立的求解内核，避免对国外平台的依赖，适合国产化替代需求。

工程适用性强：支持梁单元、桁架单元、壳单元等常用单元类型，能够覆盖土木工程常见结构体系分析。

1.3. 建模背景

本文选取一座跨径布置为100+220+100 m的斜拉桥作为研究对象（测试用，参数选取实际可以进行调整）。主梁采用连续梁结构，索塔为钢筋混凝土门式塔，斜拉索以空间对称布置方式连接主梁与塔柱。此类结构兼具受力复杂性与计算规模适中，适合作为有限元软件对比验证的典型算例。

1.4. 建模过程

在iSolver中，建模过程大致如下：

定义单元类型：主梁、索塔均采用梁单元；斜拉索采用桁架单元，以模拟仅受拉特性。

图1-1 定义单元类型

施加边界条件：在桥塔基础处施加约束，主梁两端支座位置设置适当的竖向与水平约束。

图1-2 边界条件建立

加载工况：主要考虑恒载作用。

 

图1-3 施加重力

求解设置：采用静力分析方法。

图1-4 提交工作

在ANSYS对比模型中，主梁与索塔采用Beam188单元，斜拉索采用Link180单元，建模思路与iSolver一致，确保结果具有可比性。

1.5. 仿真结果对比

两种软件在相同工况下的计算结果如下：

图1-5 Ansys位移结果mm

图1-6 iSolver位移结果mm

 

 

图1-7 Ansys杆件单元轴应力结果MPa

图1-8 iSolver轴应力结果MPa

（1）最大位移对比

ANSYS分析结果：最小位移为 -0.222997 m。

iSolver分析结果：最小位移为 -0.2238 m。

（2）拉索轴应力对比

ANSYS分析结果：最大拉索轴应力为131.3MPa。

iSolver分析结果：最小拉索轴应力为 131.3MPa。

对比可见，iSolver与ANSYS的位移计算结果基本一致，位移差异仅在0.0008 m量级，远小于工程允许误差范围。应力计算结果也在误差允许精度，完全一致，这表明，与ansys相比iSolver在大跨度斜拉桥建模与仿真中具备良好的精度与可靠性。

1.6. 使用建议

通过本案例可得以下几点经验：

验证可行性：iSolver完全能够胜任大跨度桥梁的建模与仿真工作，其计算结果与国际主流软件一致。

适合国产替代：在科研与工程项目中，iSolver可以作为ANSYS/ABAQUS的国产替代方案，尤其适用于对自主可控性要求较高的项目。

学习与推广：由于操作方式与ABAQUS相似，具备国际软件使用经验的工程师能够快速上手，有助于推广与普及。