梁单元、板单元及实体单元悬臂梁..

梁单元 板单元及实体单元悬臂梁梁单元 板单元及实体单元悬臂梁 xxxxxx公司公司 目目 录录 简要简要 1 1 设定操作环境设定操作环境 1 1 输入材料和截面数据输入材料和截面数据 2 2 定义材料 2 定义截面 2 定义厚度 2 建立悬臂梁模型建立悬臂梁模型 3 3 输入梁单元 3 输入板单元 4 输入实体单元 5 修改单元坐标系 6 分割单元 7 输入边界条件输入边界条件 8 8 输入荷载输入荷载 9 9 运行结构分析运行结构分析 1212 查看分析结果查看分析结果 1313 查看反力 13 查看变形和位移 14 查看内力 15 查看应力 19 2 0 简要 本例题介绍使用梁单元 板单元 实体单元来建立悬臂梁 并查 看各种单元分析结果的方法 模型如图1所示 截面为长方形 0 4m x 1m 长20m 图1 悬臂梁模型 设定操作环境 打开新项目 新项目新项目 保存 保存保存 为 Cantilever Cantilever mcbmcb 文件文件 新项目新项目 文件文件 保存保存 悬臂梁悬臂梁 单位体系做如下设置 工具工具 单位体系单位体系 长度长度 m m 力力 tonf tonf 材料材料 C30 固定端固定端 实体单元实体单元 梁单元梁单元 板单元板单元长长 20m 1m 0 4m 2 1 输入材料和截面数据 定义材料 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 材料材料 设计类型设计类型 混凝土混凝土 规范规范 GB Civil RC GB Civil RC 数据库数据库 30 30 定义截面 使用用户 标准截面形状的主要尺寸 输入实腹长方形截面 0 4m 1m 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 截面截面 数据库数据库 用户用户 名称名称 SR SR 截面类型截面类型 实腹长方形截面实腹长方形截面 用户用户 H H 0 40 4 B B 1 1 定义厚度 模型模型 材料和截面特性材料和截面特性 厚度厚度 数值数值 厚度号厚度号 1 1 面内和面外面内和面外 0 40 4 图2 定义材料 图3 定义截面 图4 定义厚度 对于面内厚度和面对于面内厚度和面 外厚度的说明请参考外厚度的说明请参考 在线帮助手册 在线帮助手册 2 2 建立悬臂梁模型 输入梁单元 使用 扩展扩展 功能建立梁单元 标准视图标准视图 自动对齐自动对齐 开开 单元号单元号 开开 模型模型 节点节点 建立建立 坐标坐标 0 0 0 0 0 0 模型模型 单元单元 扩展单元扩展单元 全选全选 扩展类型扩展类型 节点节点 线单元线单元 单元属性单元属性 单元类型单元类型 梁单元梁单元 材料材料 1 1 3 30 0 截面截面 1 1 SRSR BetaBeta 角角 0 0 生成形式生成形式 复制和移动复制和移动 复制和移动复制和移动 等间距等间距 dx dx dy dy dzdz 20 20 0 0 0 0 复制次数复制次数 1 1 图5 输入梁单元 2 3 输入板单元 首先将梁单元复制到板单元的输入位置后 通过 扩展扩展功能将 梁单元扩展成板单元 模型模型 单元单元 复制和移动复制和移动 选择最新建立的个体选择最新建立的个体 形式形式 复制复制 移动和复制移动和复制 等间距等间距 dx dx dy dy dzdz 0 0 0 5 0 5 2 2 复制次数复制次数 1 1 模型模型 单元单元 扩展单元扩展单元 选择最新建立的个体选择最新建立的个体 扩展类型扩展类型 线单元线单元 平面单元平面单元 目标目标 删除删除 on on 单元属性单元属性 单元类型单元类型 板单元板单元 材料材料 1 30 1 30 厚度厚度 1 0 4 1 0 4 生成形式生成形式 复制和移动复制和移动 复制和移动复制和移动 等间距等间距 dx dx dy dy dzdz 0 0 1 1 0 0 复制次数复制次数 1 1 图6 利用复制的梁单元建立板单元 选择选择删除删除的话 复的话 复 制的梁单元被扩展后制的梁单元被扩展后 会自动被删除 选择会自动被删除 选择 移动移动的话 该梁单元的话 该梁单元 会移动到生成的板单会移动到生成的板单 元的末端 元的末端 2 4 输入实体单元 使用同样的方法 将板单元复制到实体单元的输入位置后 通过 扩展扩展功能将板单元扩展成实体单元 模型模型 单元单元 复制和移动复制和移动 选择最新建立的个体选择最新建立的个体 模型模型 复制复制 复制和移动复制和移动 等间距等间距 dx dx dy dy dzdz 0 0 0 0 1 5 1 5 复制次数复制次数 1 1 模型模型 单元单元 扩展单元扩展单元 选择最近建立的个体选择最近建立的个体 扩展类型扩展类型 平面单元平面单元 实体单元实体单元 目标目标 删除 删除 ONON 单元属性单元属性 单元类型单元类型 实体单元实体单元 材料材料 1 30 1 30 生成类型生成类型 复制和移动复制和移动 复制和移动复制和移动 等间距等间距 dx dx dy dy dzdz 0 0 0 0 0 4 0 4 复制次数复制次数 1 1 图7 输入实体单元模型 2 5 修改单元坐标系 单元的内力是以相应单元的单元坐标系为准输出的 因此适当地 赋予单元坐标系 可使查看结果变得更为方便 本例题中使用 ChangeChange ElementElement ParametersParameters 功能将所有单元 的坐标系修改为统一的单元坐标系 显示显示 单元单元 局部坐标轴局部坐标轴 开开 模型模型 单元单元 修改单元参数修改单元参数 全选全选 参数类型参数类型 修改单元坐标轴修改单元坐标轴 模型模型 参考单元参考单元 1 1 与参考单元对齐坐标轴优先顺序与参考单元对齐坐标轴优先顺序 第一第一 z z 第二第二 y y 图8 修改板单元和实体单元的单元坐标系 修改前 修改后 2 6 分割单元 板单元和实体单元的大小会影响分析结果的精度 这里将板单元 按单元坐标系的x方向分割成20份 将实体单元按单元坐标系的x y方 向分别分割成40份和2份 模型模型 单元单元 分割单元分割单元 单选单选 单元单元 3 3 分割分割 单元类型单元类型 其它平面单元其它平面单元 等间距等间距 x x方向分割数量方向分割数量 2020 y y方向分割数量方向分割数量 1 1 单选单选 单元单元 5 5 分割分割 单元类型单元类型 实体单元实体单元 等间距等间距 x x方向分割数量方向分割数量 4040 y y方向分割数量方向分割数量 2 2 z z方向分割数量方向分割数量 1 1 显示显示 单元单元 局部坐标轴局部坐标轴 关 图9 被分割的板单元和实体单元 2 7 输入边界条件 输入各单元模型的边界条件 固定端 模型模型 边界条件边界条件 一般支承一般支承 平面选择平面选择 平面平面 YZ YZ 平面平面 X X 坐标坐标 0 0 选择选择 添加添加 支承条件类型支承条件类型 D All D All 开开 R AllR All 开开 图10 输入悬臂梁的边界条件 实体单元没有旋转实体单元没有旋转 自由度 因此不需约自由度 因此不需约 束 但由于是和其他束 但由于是和其他 单元一同定义边界条单元一同定义边界条 件 因此方便约束所件 因此方便约束所 有自由度 有自由度 2 8 输入荷载 对于梁单元使用梁单元荷载梁单元荷载功能 对于板单元和实体单元使用压压 力荷载力荷载功能按悬臂梁的重力方向 GCS Z轴 输入1tonf m的均布荷载 荷载工况1 1 UL BeamUL Beam 荷载工况2 2 UL PlateUL Plate 荷载工况3 3 UL SolidUL Solid 荷载 静力荷载工况 名称 UL BeamUL Beam 类型 用户定义的荷载 USER 名称 UL PlateUL Plate 类型 用户定义的荷载 USER 名称 UL SolidUL Solid 类型 用户定义的荷载 USER 图11 定义荷载工况 2 9 使用梁单元荷载梁单元荷载功能输入梁单元的均布荷载 荷载荷载 梁单元荷载梁单元荷载 单选单选 单元单元 1 1 荷载工况名称荷载工况名称 UL Beam UL Beam 荷载类型荷载类型 均布荷载均布荷载 方向方向 整体坐标系整体坐标系 Z Z 投影投影 否否 数值数值 相对值相对值 x1x1 0 0 x2x2 1 1 w w 1 1 图12 梁单元均布荷载 2 10 使用压力荷载压力荷载功能输入板单元的均布荷载 荷载荷载 压力荷载压力荷载 多边形选择多边形选择 单元单元 所有板单元所有板单元 荷载工况名称荷载工况名称 UL Plate UL Plate 选择选择 添加添加 单元类型单元类型 板板 平面应力单元 面 平面应力单元 面 压力面压力面 选择选择 单元单元 方向方向 整体坐标系整体坐标系Z Z 投影投影 否否 荷载荷载 均布均布 P1P1 1 1 图13 输入板单元的均布荷载 2 11 使用压力荷载压力荷载功能输入实体单元的均布荷载 实体单元输入压力荷载时对于加载面可选择以节点为准和以单元 为准两种方式 这里选择以节点为准选择加载面 荷载荷载 压力荷载压力荷载 平面选择平面选择 平面平面 X Y X Y 平面平面 Z Z 坐标坐标 3 5 3 5 荷载工况名称荷载工况名称 UL Solid UL Solid 选择选择 添加添加 单元类型单元类型 实体单元 面 实体单元 面 选择选择 节点节点 方向方向 整体坐标系整体坐标系 Z Z 荷载荷载 均布均布 P1P1 1 1 图14 输入板单元的均布荷载 运行结构分析 分析分析 运行分析运行分析 用鼠标指定实体单用鼠标指定实体单 元上端的任意节点 元上端的任意节点 就会自动输入要选择就会自动输入要选择 的平面的的平面的Z Z坐标坐标 3 53 5 选择加载方式时若选择加载方式时若 选择单元的话 需指选择单元的话 需指 定单元的加载面 在定单元的加载面 在 图图4 4左侧的树形菜单中左侧的树形菜单中 单元类型选择实体 单元类型选择实体 单元后选择要加载的单元后选择要加载的 单元的话 单元加载单元的话 单元加载 面就会按虚线显示 面就会按虚线显示 若加载面不符 可通若加载面不符 可通 过变换压力面过变换压力面 来调整来调整 荷载加载面荷载加载面 Selection的的Element方式方式 2 12 查看分析结果 查看反力 利用表格查看由不同单元构成的悬臂梁在均布荷载作用下的反力 结果结果 分析结果表格分析结果表格 反力反力 记录激活记录激活 荷载工况荷载工况 荷载组合荷载组合 UL UL BeamBeam ST ST 开开 UL UL PlatePlate ST ST 开开 ULUL Solid Solid ST ST 开开 图15 激活纪录对话框 图16 反力结果表格 2 13 查看变形和位移 标准视图标准视图 结果结果 变形变形 变形形状变形形状 荷载工况荷载工况 荷载组合荷载组合 ST UL ST UL BeamBeam 位移位移 DXYZ DXYZ 显示类型显示类型 变形前变形前 开开 荷载工况荷载工况 荷载组合荷载组合 ST UL ST UL PlatePlate 荷载工况荷载工况 荷载组合荷载组合 ST UL Solid ST UL Solid 图17 查看最大位移 各单元悬臂梁的最大位移 DZ 如表1所示 梁单元梁单元板单元板单元实体单元实体单元 位移1 353 1 351 1 350 表1 各单元悬臂梁的最大位移 单位 m 2 14 查看内力 查看梁单元悬臂梁的弯矩 结果结果 内力内力 梁单元内力图梁单元内力图 内力内力 My My 显示选项显示选项 5 5 点点 开开 线涂色线涂色 开开 系数系数 1 1 显示类型显示类型 等值线等值线 开开 数值数值 开开 图例图例 开开 输出输出 全部全部 图18 梁单元中点的弯矩 2 15 板单元内力板单元内力 弯矩弯矩提供板单元在单位宽度上的内力分布 如果 一个截面由几个单元组成 则对于整个截面的内力可利用局部方向内局部方向内 力的合力力的合力功能查看 结果结果 内力内力 板单元内力板单元内力 弯矩弯矩 荷载工况荷载工况 荷载组合荷载组合 ST UL Plate ST UL Plate 坐标系坐标系 单元单元 节点平均值节点平均值 内力内力 Mxx Mxx 显示类型显示类型 等值线等值线 开开 图例图例 开开 图19 查看板单元悬臂梁的弯矩 2 16 为查看实体单元悬臂梁中点 10m 的弯矩 现只激活该部分以便查 看 正面正面 初始画面初始画面 图20 Model View的初始化 点击 窗口选择窗口选择选择图20的 并将其激活 查询查询 查询节点查询节点 节点号节点号 191191 窗口选择窗口选择 单元 图20的 激活激活 查询节点查询节点 查询单元查询单元是查询节点和单元相关情况时所使用的功能 点击节点或单元的输入栏 图20的 后 再点击模型中的节点或单 2 元的话 相应节点或单元的情报就会在下面的信息窗口中显示 也可 在输入栏直接输入节点或单元的编号再按回车键 使用查询节点查询节点的功 能时 连续点击两个节点的话 还提供这两个节点间的相对距离 2 17 对于实体单元不另行输出内力 故需使用局部方向内力的合力局部方向内力的合力 功 能来查看整个截面的内力 下面查看弯矩 结果结果 局部方向内力的合力局部方向内力的合力 形式形式 用多边形选择实体表面用多边形选择实体表面 荷载工况荷载工况 ST UL Solid ST UL Solid 输入坐标输入坐标 位置位置 271 271 191 191 72 72 152152 鼠标点击位置 鼠标点击位置 图21 实体单元悬臂梁的弯矩 在局部方向内力的合力对话框查看弯矩 Mz 在局部方向内力的合力局部方向内力的合力定义结果输出位置时 节点指定的顺序会 决定计算内力时所参照的坐标系 详细内容请参考在线帮助手册 用不同单元建立的悬臂梁弯矩的计算结果如表2所示 梁单元梁单元板单元板单元实体单元实体单元 弯矩 50 50 50 表2 各单元的弯矩 单位 tonf 2 18 查看应力 对于梁单元可使用梁单元细部分析梁单元细部分析功能查看应力发生的详细情况 工具工具 单位体系单位体系 长度长度 cm cm 力力 kgf kgf 全部激活全部激活 结果结果 梁单元细部分析梁单元细部分析 荷载工况荷载工况 荷载组合荷载组合 ST UL ST UL 梁梁 单元号单元号 1 1 截面应力截面应力 Fx Fx 开开 MyMy 开开 MzMz 开开 图22 查看梁单元应力 破解版的user at y 0 at z 0 均不对 拉应力拉应力 压应力压应力 2 19 对于板单元查看整体坐标系X方向上的应力 结果结果 应力应力 平面应力平面应力 板应力板应力 荷载工况荷载工况 荷载组合荷载组合 ST UL Plate ST UL Plate 应力