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7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 1 硕士研究生学位课程讲义 2008 通用有限元程序ANSYS及应用 七 主讲 钱江结构工程与防灾研究所Tel 65986113 B310 Email jqian 二OO八年四月七日 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 2 硕士研究生学位课程讲义 2008 第七讲内容提要10 ANSYS动力分析的基本功能及一维单元应用实例 空间框架结构地震响应分析的谱分析法10 1ANSYS动力分析的基本功能简介10 2实体建模及刚性楼板假定的实施10 3模态分析求解过程 交互式输入及命令流 10 4谱分析法求解过程 交互式输入及命令流 10 5瞬态地震响应求解过程 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 3 10 1ANSYS动力分析的基本功能简介 ANSYS动力分析的基本功能模态分析谐响应分析 不做具体介绍 谱分析瞬态响应分析 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 4 10 1ANSYS动力分析的基本功能简介 续1 模态分析模态分析是所有动力学分析类型的最基础的内容 模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术 描述结构振动特性的基本要素 固有频率 自振周期 1 固有频率 振型振型参与系数 特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动 模态分析结果可以直接用于指导结构设计 根据模态分析结果可以定性知晓结构对各类动力载荷的响应有助于在其它动力分析中估算求解控制参数 如时间步长 模态分析只对线性结构成立 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 5 10 1ANSYS动力分析的基本功能简介 续2 谐响应分析确定结构在已知频率的正弦 简谐 激励作用下响应的技术 荷载必须是已知大小和频率的谐波载荷 力 压力或强迫位移 可以是同一频率的多种载荷组合 各载荷可以是同相位也可以是不同相位 谐响应分析结果是与激励同频率的节点谐位移 通常会与激励存在位相差 以及由节点位移得到的其它导出量 如 应力和应变等 单位力作用下的谐响应分析结果可以与富氏分析相联系 事实上 谐响应分析是模态叠加法的计算基础 谐响应分析结果可以直接用于指导作旋转运动的结构设计 谐响应分析也只对线性结构成立 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 6 10 1ANSYS动力分析的基本功能简介 续3 谱分析是模态分析的扩展 用于计算结构对地震及其它随机激励的响应 谱分析计算过程是将模态分析的结果与一个已知的输入谱相联系 计算结构在该输入谱荷载作用下的响应位移 应力等 谱分析由下列计算步骤构成 获得模态解计算谱解扩展模态组合各模态解谱分析也只对线性结构成立 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 7 10 1ANSYS动力分析的基本功能简介 续4 瞬态响应分析是一种确定随时间变化载荷作用下结构响应的计算技术 瞬态响应分析的三种求解方法 完整矩阵法 Full 缩减矩阵法 Reduced 模态叠加法 ModeSuperposition 模态叠加法只对线性结构成立 缩减矩阵法仅允许结构中存在简单的点点接触形式的非线性 完整矩阵法允许在分析中包括各种类型非线性 如 几何大变形 接触 塑性等 但对硬件资源要求较高本次课重点介绍完整矩阵法由于荷载的瞬变特性 交互式操作是不现实的 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 8 10 2实体建模及刚性楼板假定的实施 分析目的 地震作用下结构的线弹性动力响应分析模型规划 梁 柱均采用BEAM4单元 楼板采用SHELL63建立属性表 单元类别 E1 BEAM4 框架柱单元E2 BEAM4 外环梁单元E3 BEAM4 楼面梁单元E4 SHELL63 楼面板单元材料属性 M1 C30混凝土M2 型钢单元实参数 R1 E1 BEAM4 框架柱单元R2 E2 BEAM4 外环梁单元R3 E3 BEAM4 楼面梁单元R4 E4 SHELL63 楼面板单元参照讲义第3章交互式建模或执行命令流文件生成框架结构 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 9 10 2实体建模及刚性楼板假定的实施 续1 实施刚性楼板假定的GUI操作命令执行UtilityMenu Selet Entities 命令 弹出选取图元对话框 在选取类型表中选Nodes 选取标准表中选ByLocation 参数设定窗中输入Z坐标限定范围Min Max为 4 4 单击OK按钮 即选中1层楼面的全部节点 执行MainMenu Preprocessor Coupling Ceqn RigidRegion命令 弹出选取主节点对话框 图形上选中刚度中心处的节点120 单击OK按钮 弹出选取从节点对话框 选中该层其余所有节点 单击OK按钮 完成1层楼面的刚性楼板约束 类似地 对2 3层实施刚性楼板约束 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 10 10 2实体建模及刚性楼板假定的实施 续2 实施刚性楼板假定的命令流 定义1层楼面刚性楼板 PREP7NSEL S LOC Z 4 4CERIG 120 ALL UXYZ 193号节点为该层形心位置 定义为刚度中心 定义2层楼面刚性楼板 PREP7NSEL S LOC Z 8 8CERIG 127 ALL UXYZ 229号节点为该层形心位置 定义为刚度中心 定义3层楼面刚性楼板 PREP7NSEL S LOC Z 12 12CERIG 134 ALL UXYZ 350号节点为该层形心位置 定义为刚度中心 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 11 10 3模态分析求解过程 模态分析GUI操作流程 执行MainMenu Solution AnalysisType NewAnalysis命令 弹出如左下图所示求解类型对话框 选择Modal选项 单击OK按钮 弹出右下图所示模态分析选项对话框 输入模态提取数 No ofmodestoextract 为20 单击OK按钮 弹出BlockLanczosMethod选项对话框 取默认值即可 单击OK按钮 执行MainMenu Solution Solve CurrentLS命令 进行模态分析 求解类型对话框 模态分析选项对话框 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 12 10 3模态分析求解过程 续 步骤1 进行模态分析 SOLUTIONANTYPE MODAL 进行模态分析MODOPT LANB 20 0 0 OFF 选择模态分析方法 模态提取数MXPAND 0 0 选择模态扩展数LUMPM 0 选择质量阵形式为一致质量阵PSTRES 0 关闭预应力选项开关SOLVE 求解模态FINISH 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 13 10 4谱分析法求解过程 步骤2 进行谱分析 SOLUTIONANTYPE 8SPOPT SPRS 20 1 谱分析法 取20个模态计算 输入加速度谱值SVTYP 2 9 8 输入加速度谱 以重力加速度g为输入单位SED 1 0 0 定义X轴方向为地震输入方向ROCK 0 0 0 0 0 0 FREQFREQ 0 111111 0 125000 0 142857 0 166667 0 200000FREQ 0 222222 0 250000 0 285714 0 333333 0 400000FREQ 0 500000 0 555556 0 625000 0 714286 0 833333FREQ 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 01SV 0 05 0 187940E 01 0 208960E 01 0 235640E 01 0 270710E 01 0 318980E 01SV 0 05 0 389930E 01 0 428710E 01 0 476650E 01 0 537520E 01 0 615710E 01SV 0 05 0 727630E 01 0 800000E 01 0 800000E 01 0 360000E 01 SOLVEFINISH 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 14 10 4谱分析法求解过程 续 步骤3 进行模态扩展 SOLUTIONANTYPE 2EXPASS 1 扩展模态MXPAND 20 0 0 1 0 005 SOLVEFINISH 步骤4 进行谱分析 振型叠加 SOLUTIONANTYPE 8SPOPT SPRS 20 1SRSS 0 005 DISP 采用SRSS叠加各模态结果SOLVEFINISH 步骤5 进入后处理进行工况组合 POST1SET LIST INP mcom 读入jobname mcom文件 进行谱分析模态叠加 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 15 10 5瞬态地震响应求解过程 时程分析命令流 set st 0 01 设定时间步长st 0 01 set endpoint 100 设定数组长度为endpoint 100 dim xforce array endpoint 定义数组名xforce和长度 vread xforce 1 Seismic x txt 以指定格式 7F10 5 从文件中读入数据 7F10 5 VOPER xforce 1 xforce 1 Mult 9 8 对数组元素进行乘法运算 7April2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L7 16 10 5瞬态地震响应求解过程 续 时程分析命令流 续 SOLU ANTYPE TRANS 进行瞬态分析TRNOPT FULL 选择完整矩阵法 dim shijian array endpoint 定义数组名shijian和长度 vfill shijian 1 ramp st st 对数组进行数据填充N star 1N end 100N incr 1 DO N N