通用有限元程序ANSYS及應用_07

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS,7 April 2008,通用有限元程序,ANSYS,及應用,L7-,*,碩士研究生學位課程講義（2008）,通用有限元程序,ANSYS,及,應用,(七),主 講：錢 江,結構工程與防災研究所,Tel：65986113 (B310),Email:,jqianmail.,tongji,二,OO,八年四月

2、七日,7 April 2008,1,通用有限元程序,ANSYS,及應用,碩士研究生學位課程講義（2008）,第七講 內(nèi)容提要,10.,ANSYS,動力分析的基本功能及,一維單元應用實例,空間框架結構,地震響應分析,的譜分析法,10.1,ANSYS,動力分析的基本功能簡介,10.2 實體建模及剛性樓板假定的實施,10.3 模態(tài)分析求解過程（交互式輸入及命令流）,10.4 譜分析法求解過程（交互式輸入及命令流）,10.5 瞬態(tài)地震響應求解過程,7 April 2008,2,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.1,ANSYS,動力分析的基本功能簡介,ANSYS,動力分析的基本功能,模態(tài)分析,諧

3、響應分析（不做具體介紹）,譜分析,瞬態(tài)響應分析,7 April 2008,3,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.1,ANSYS,動力分析的基本功能簡介（續(xù)1）,模態(tài)分析,模態(tài)分析是所有動力學分析類型的最基礎的內(nèi)容；,模態(tài)分析是用來確定結構振動特性的一種技術；,描述結構振動特性的基本要素：,固有頻率（自振周期 1/固有頻率）,振型,振型參與系數(shù)(特定方向上某個振型在多大程度上參與了振動）,模態(tài)分析結果可以直接用于指導,結構設計；,根據(jù),模態(tài)分析結果可以定性知曉,結構對各類動力載荷的響應,有助于在其它動力分析中估算求解控制參數(shù)（如時間步長）,模態(tài)分析只對線性結構成立!,7 April 20

4、08,4,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.1,ANSYS,動力分析的基本功能簡介（續(xù)2）,諧響應分析,確定結構在已知頻率的正弦（簡諧）激勵作用下響應的技術,；,荷載必須是,已知大小和頻率的諧波載荷（力、壓力或強迫位移，可以是,同一頻率的多種載荷組合，各載荷可以是同相位也可以是不同相位）,；,諧響應分析結果是與激勵,同頻率,的節(jié)點諧位移（通常會與激勵存在位相,差），以及由節(jié)點位移得到的其它導出量，如：應力和應變等,；,單位力作用下的,諧響應分析結果,可以與富氏分析相聯(lián)系,；,事實上，諧響應分析是模態(tài)疊加法的計算基礎；,諧響應分析結果,可以直接用于指導作,旋轉運動的結構設計；,諧響應分析

5、也,只對線性結構成立!,7 April 2008,5,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.1,ANSYS,動力分析的基本功能簡介（續(xù)3）,譜分析,是模態(tài)分析的擴展，用于計算結構對地震及其它隨機激勵的響應,；,譜分析計算過程是將,模態(tài)分析的結果與一個已知的輸入譜相聯(lián)系，計算,結構在該輸入譜荷載作用下的響應位移、應力等；,譜分析由下列計算步驟構成：,獲得模態(tài)解,計算譜解,擴展模態(tài),組合各模態(tài)解,譜,分析也,只對線性結構成立!,7 April 2008,6,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.1,ANSYS,動力分析的基本功能簡介（續(xù)4）,瞬態(tài)響應分析,是一種確定隨時間變化載荷作用下結構

6、響應的計算技術；,瞬態(tài)響應分析的三種求解方法：,完整矩陣法（,Full）,縮減矩陣法（,Reduced）,模態(tài)疊加法（,Mode Superposition,）,模態(tài)疊加法,只對線性結構成立；,縮減矩陣法僅允許結構中存在簡單的點,點接觸形式的非線性；完整矩陣法,允許在分析中包括各種類型非線性，,如：幾何大變形、接觸、塑性等，但對硬件資源要求較高,本次課重點介紹,完整矩陣法,由于荷載的瞬變特性，交互式操作是不現(xiàn)實的!,7 April 2008,7,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.2 實體建模及剛性樓板假定的實施,分析目的：,地震作用下結構的線彈性動力響應,分析,模型規(guī)劃：,梁、柱均采用

7、,BEAM4,單元、樓板采用,SHELL63,建立屬性表：,單元類別：,E1,BEAM4,!框架柱單元,E2,BEAM4,!,外環(huán)梁單元,E3,BEAM4,!樓面梁單元,E4,SHELL63,!,樓面板單元,材料屬性：,M1,!,C30,混凝土,M2,!型鋼,單元實參數(shù)：,R1,E1,BEAM4,!框架柱單元,R2,E2,BEAM4,!外環(huán)梁單元,R3,E3,BEAM4,!樓面梁單元,R4,E4,SHELL63,!樓面板單元,參照講義第3章交互式建?；驁?zhí)行命令流文件生成框架結構。,7 April 2008,8,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.2 實體建模及剛性樓板假定的實施,（續(xù)1）

8、,實施剛性樓板假定的,GUI,操作命令,執(zhí)行,Utility Menu,Selet,Entities,命令，彈出選取圖元對話框，在選取類型表中選,Nodes,，,選取標準表中選,By Location,，,參數(shù)設定窗中輸入,Z,坐標限定范圍,Min，Max,為,（4，4）,，單擊,OK,按鈕，即選中 1 層樓面的全部節(jié)點。,執(zhí)行,Main Menu Preprocessor Coupling/,Ceqn,Rigid Region,命令，彈出選取主節(jié)點對話框，圖形上選中剛度中心處的節(jié)點 120，單擊,OK,按鈕；彈出選取從節(jié)點對話框，選中該層其余所有節(jié)點，單擊,OK,按鈕，完成 1 層樓面的剛性

9、樓板約束。,類似地，對 2、3層實施剛性樓板約束,7 April 2008,9,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.2 實體建模及剛性樓板假定的實施,（續(xù)2）,！實施剛性樓板假定的命令流,!定義 1 層樓面剛性樓板,!*,/PREP7,NSEL,S,LOC,Z,4,4,CERIG,120,ALL,UXYZ,!193號節(jié)點為該層形心位置，定義為剛度中心,!定義 2 層樓面剛性樓板,!*,/PREP7,NSEL,S,LOC,Z,8,8,CERIG,127,ALL,UXYZ,!229號節(jié)點為該層形心位置，定義為剛度中心,!定義 3 層樓面剛性樓板,!*,/PREP7,NSEL,S,LOC,Z,

10、12,12,CERIG,134,ALL,UXYZ,!350號節(jié)點為該層形心位置，定義為剛度中心,7 April 2008,10,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.3,模態(tài)分析求解過程,模態(tài)分析,GUI,操作流程：,執(zhí)行,Main Menu Solution Analysis Type New Analysis,命令，彈出如左下圖所示,求解類型對話框,，選擇,Modal,選項，單擊,OK,按鈕；彈出右下圖所示,模態(tài)分析選項對話框,，輸入模態(tài)提取數(shù),（,No.of modes to extract,）,為,20,，單擊,OK,按鈕；彈出,Block,Lanczos,Method,選項對話框

11、，取默認值即可。單擊,OK,按鈕。,執(zhí)行,Main Menu Solution Solve Current LS,命令，進行模態(tài)分析。,求解類型對話框,模態(tài)分析選項對話框,7 April 2008,11,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.3,模態(tài)分析求解過程,（續(xù)）,!步驟1：進行模態(tài)分析,/,SOLUTION,ANTYPE,MODAL,！,進行模態(tài)分析,MODOPT,LANB,20,0,0,OFF,！,選擇模態(tài)分析方法、模態(tài)提取數(shù),MXPAND,0,0,！,選擇模態(tài)擴展數(shù),LUMPM,0,！,選擇質(zhì)量陣形式為,一致質(zhì)量陣,PSTRES,0,！,關閉預應力選項開關,SOLVE,！,求解

12、模態(tài),FINISH,7 April 2008,12,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.4,譜分析法,求解過程,!步驟2：進行譜分析,/,SOLUTION,ANTYPE,8,SPOPT,SPRS,20,1,！,譜分析法，取 20 個模態(tài)計算,!,輸入加速度譜值,SVTYP,2,9.8,！,輸入加速度譜，以重力加速度,g,為輸入單位,SED,1,0,0,！,定義,X,軸方向為地震輸入方向,ROCK,0,0,0,0,0,0,!*,FREQ,FREQ,0.111111,0.125000,0.142857,0.166667,0.200000,FREQ,0.222222,0.250000,0.28

13、5714,0.333333,0.400000,FREQ,0.500000,0.555556,0.625000,0.714286,0.833333,FREQ,1.000000,1.111111,10.00000,50.00000,!*,SV,0.05,0.115940E-01,0.131940E-01,0.147940E-01,0.163940E-01,0.179940E-01,SV,0.05,0.187940E-01,0.208960E-01,0.235640E-01,0.270710E-01,0.318980E-01,SV,0.05,0.389930E-01,0.428710E-01,0.4

14、76650E-01,0.537520E-01,0.615710E-01,SV,0.05,0.727630E-01,0.800000E-01,0.800000E-01,0.360000E-01,!,SOLVE,FINISH,7 April 2008,13,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.4,譜分析法,求解過程,（續(xù)）,!,步驟3：進行模態(tài)擴展,/SOLUTION,ANTYPE,2,EXPASS,1,！,擴展模態(tài),MXPAND,20,0,0,1,0.005,SOLVE,FINISH,!,步驟4：進行譜分析(振型疊加),/SOLUTION,ANTYPE,8,SPOPT,SPRS,20,1,

15、SRSS,0.005,DISP,！,采用,SRSS,疊加各模態(tài)結果,SOLVE,FINISH,!*,!*,!,步驟5：進入后處理進行工況組合：,/,POST1,SET,LIST,/INP,mcom,!,讀入,jobname,.,mcom,文件，進行譜分析模態(tài)疊加,7 April 2008,14,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.5 瞬態(tài)地震響應求解過程,!,時程分析命令流,!,*set,st,0.01,！,設定時間步長,st,0.01,*set,endpoint,100,！,設定數(shù)組長度為,endpoint,100,*dim,xforce,array,endpoint,！,定義數(shù)組名,

16、xforce,和長度,*,vread,xforce,(1),Seismic_x,txt,！,以指定格式,(7F10.5),從文件中讀入數(shù)據(jù),(7F10.5),*VOPER,xforce,(1),xforce,(1),Mult,9.8,！,對數(shù)組元素進行乘法運算,7 April 2008,15,通用有限元程序,ANSYS,及應用,10.5 瞬態(tài)地震響應求解過程（,續(xù)）,!,時程分析命令流（續(xù)）,!,/SOLU,!*,ANTYPE,TRANS,！,進行瞬態(tài)分析,TRNOPT,FULL,！,選擇,完整矩陣法,!*,*dim,shijian,array,endpoint,！,定義數(shù)組名,shijian,和長度,*,vfill,shijian,(1),ramp,st,st,！,對數(shù)組進行數(shù)據(jù)填充,N_star=1,N_end=100,N_,incr,=1,*DO,N,N_star,N_end,N_,incr,！,執(zhí)行循環(huán),TIME,shijian,(N),！,對時間賦值,ACEL,xforce,(N),yforce,(N),！,在,X、Y,方向施加慣性力,NSEL,ALL,!LSWRITE,N