通用有限元程序ANSYS及應用_07
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(jié)構工程與防災研究所,Tel:65986113 (B310),Email:,jqianmail.,tongji,二,OO,八年四月七日,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(jié)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(jié)構振動特性的一種技術;,描述結(jié)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(jié)果可以直接用于指導,結(jié)構設計;,根據(jù),模態(tài)分析結(jié)果可以定性知曉,結(jié)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(jié)構成立!,7 April 2008,4,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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)果,可以直接用于指導作,旋轉(zhuǎn)運動的結(jié)構設計;,諧響應分析也,只對線性結(jié)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(jié)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(jié)果與一個已知的輸入譜相聯(lián)系,計算,結(jié)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(jié)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(jié)構響應的計算技術;,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(jié)構成立;,縮減矩陣法僅允許結(jié)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(jié)構的線彈性動力響應,分析,模型規(guī)劃:,梁、柱均采用,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(jié)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),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,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,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,0.222222,0.250000,0.285714,0.333333,0.400000,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-01,0.476650E-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,SRSS,0.005,DISP,!,采用,SRSS,疊加各模態(tài)結(jié)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,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