ANSYS动力分析的基本功能及一维单元应用实例学习教案

1、会计学1ANSYS动力分析的基本功能及一维单元动力分析的基本功能及一维单元(dnyun)应用实例应用实例第一页，共17页。7 April 2005L7-2第1页/共17页第二页，共17页。7 April 2005L7-3 模态分析模态分析 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模态分析是用来确定结构(jigu)(jigu)振动特性的一种技术；振动特性的一种技术； 描述结构描述结构(jigu)(jigu)振动特性的基本要素：振动特性的基本要素： 固有频率（自振周期固有频率（自振周期 1/ 1/固有频率）固有频率） 振型振型

2、 振型参与系数振型参与系数 ( (特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动）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模态分析结果可以直接用于指导结构(jigu)(jigu)设计；设计； 根据模态分析结果可以定性知晓结构根据模态分析结果可以定性知晓结构(jigu)(jigu)对各类动力载荷的响应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）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模态分析只对线性结构(jigu)(jigu)成立成立! !第2页/共17页第三页，共17页。7 April 2005L7-

3、4 谐响应分析谐响应分析 确定结构在已知频率的正弦（简谐）激励作用下响应的技术；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、压力或强迫荷载必须是已知大小和频率的谐波载荷（力、压力或强迫(qing p)(qing p)位移，可以是位移，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）；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

4、；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；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；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谐响应分析也只对线性结构成立! !第3页/共17页第四页，共17页。7 April 2005L7-5 谱分析谱分析 是模态分析的扩展，用于计算结构是模态分析的扩展，用于计算结构(jigu)(jigu)对地震及其它随机激

5、励的响应；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 结构结构(jigu)(jigu)在该输入谱荷载作用下的响应位移、应力等；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：谱分析由下列计算步骤构成： 获得模态解获得模态解 计算谱解计算谱解 扩展模态扩展模态 组合各模态解组合各模态解 谱分析也只对线性结构谱分析也只对线性结构(jigu)(jigu)成立成立! !第4页/共17页第五页，共17页。7 April 2005L7-6 瞬态响应分析瞬态响应分析 是一种确定

6、随时间变化载荷作用下结构响应的计算技术；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：瞬态响应分析的三种求解方法： 完整矩阵法（完整矩阵法（FullFull） 缩减矩阵法（缩减矩阵法（ReducedReduced） 模态叠加法（模态叠加法（Mode SuperpositionMode Superposition） 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，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，

7、 如：几何大变形、接触、塑性等，但对硬件资源要求较高如：几何大变形、接触、塑性等，但对硬件资源要求较高 本次课重点介绍本次课重点介绍(jisho)(jisho)完整矩阵法完整矩阵法 由于荷载的瞬变特性，交互式操作是不现实的由于荷载的瞬变特性，交互式操作是不现实的! !第5页/共17页第六页，共17页。7 April 2005L7-7分析目的：地震作用下结构的线弹性动力响应分析分析目的：地震作用下结构的线弹性动力响应分析 模型规划：梁、柱均采用模型规划：梁、柱均采用 BEAM4 BEAM4 单元单元(dnyun)(dnyun)、楼板采用、楼板采用 SHELL63 SHELL63建立属性表：建立属

8、性表： 单元单元(dnyun)(dnyun)类别：类别： E1, BEAM4, ! E1, BEAM4, ! 框架柱单框架柱单元元(dnyun)(dnyun) E2, BEAM4, ! E2, BEAM4, ! 外环梁单元外环梁单元(dnyun)(dnyun) E3, BEAM4, ! E3, BEAM4, ! 楼面梁单元楼面梁单元(dnyun)(dnyun) E4, SHELL63, ! E4, SHELL63, ! 楼面板单元楼面板单元(dnyun)(dnyun) 材料属性：材料属性： M1, ! C30 M1, ! C30 混凝土混凝土 M2, ! M2, ! 型钢型钢 单元单元(dny

9、un)(dnyun)实参数：实参数：R1, E1, BEAM4, ! R1, E1, BEAM4, ! 框架柱单框架柱单元元(dnyun)(dnyun) R2, E2, BEAM4, ! R2, E2, BEAM4, ! 外环梁单元外环梁单元(dnyun)(dnyun) R3, E3, BEAM4, ! R3, E3, BEAM4, ! 楼面梁单元楼面梁单元(dnyun)(dnyun) R4, E4, SHELL63, ! R4, E4, SHELL63, ! 楼面板单元楼面板单元(dnyun)(dnyun)参照讲义第参照讲义第3 3章交互式建模或执行命令流文件生成框架结构。章交互式建模或执行

10、命令流文件生成框架结构。第6页/共17页第七页，共17页。7 April 2005L7-8实施刚性楼板假定的实施刚性楼板假定的 GUI GUI 操作命令操作命令执行执行 Utility Menu Selet Entities Utility Menu Selet Entities 命令，命令，弹出选取图元对话框，在选取类型表中选弹出选取图元对话框，在选取类型表中选 Nodes Nodes，选取标准表中选选取标准表中选 By Location By Location，参数设定窗中输，参数设定窗中输入入 Z Z 坐标限定范围坐标限定范围 Min Min，MaxMax为（为（4 4，4 4），单击）

11、，单击OKOK按钮，即选中按钮，即选中 1 1 层楼面的全部节点。层楼面的全部节点。 执 行执 行 M a i n M e n u P r e p r o c e s s o r M a i n M e n u P r e p r o c e s s o r Coupling/Ceqn Rigid Region Coupling/Ceqn Rigid Region 命令，弹出选取命令，弹出选取主节点对话框，图形上选中刚度主节点对话框，图形上选中刚度(n d)(n d)中心处中心处的节点的节点 120 120，单击，单击OKOK按钮；弹出选取从节点对话按钮；弹出选取从节点对话框，选中该层其余所有

12、节点，单击框，选中该层其余所有节点，单击OKOK按钮，完成按钮，完成 1 1 层楼面的刚性楼板约束。层楼面的刚性楼板约束。类似地，对类似地，对 2 2、3 3层实施刚性楼板约束层实施刚性楼板约束第7页/共17页第八页，共17页。7 April 2005L7-9！实施刚性楼板假定！实施刚性楼板假定(jidng)(jidng)的命令流的命令流! ! 定义定义 1 1 层楼面刚性楼板层楼面刚性楼板! !* */PREP7 /PREP7 NSEL,S,LOC,Z,4,4NSEL,S,LOC,Z,4,4CERIG,120,ALL,UXYZ, , , , ! 193CERIG,120,ALL,UXYZ,

13、, , , ! 193号节点为该层形心位置，定号节点为该层形心位置，定义为刚度中心义为刚度中心! ! 定义定义 2 2 层楼面刚性楼板层楼面刚性楼板! !* */PREP7 /PREP7 NSEL,S,LOC,Z,8,8NSEL,S,LOC,Z,8,8CERIG,127,ALL,UXYZ, , , , ! 229CERIG,127,ALL,UXYZ, , , , ! 229号节点为该层形心位置，定号节点为该层形心位置，定义为刚度中心义为刚度中心! ! 定义定义 3 3 层楼面刚性楼板层楼面刚性楼板! !* */PREP7 /PREP7 NSEL,S,LOC,Z,12,12NSEL,S,LOC,

14、Z,12,12CERIG,134,ALL,UXYZ, , , , ! 350CERIG,134,ALL,UXYZ, , , , ! 350号节点为该层形心位置，定号节点为该层形心位置，定义为刚度中心义为刚度中心第8页/共17页第九页，共17页。7 April 2005L7-10模态分析模态分析 GUI GUI 操作流程操作流程(lichng)(lichng)：执行执行 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis Main Menu Solution Analysis Type New Analysis 命令，命令，弹出如左下图所示求解类型对话框，

15、选择弹出如左下图所示求解类型对话框，选择 Modal Modal选项，单击选项，单击 OK OK 按钮；弹按钮；弹出右下图所示模态分析选项对话框，输入模态提取数（出右下图所示模态分析选项对话框，输入模态提取数（No. of modes No. of modes toto extractextract）为）为 20 20，单击，单击 OK OK 按钮；弹出按钮；弹出Block Lanczos Method Block Lanczos Method 选项对话选项对话框，取默认值即可。单击框，取默认值即可。单击 OK OK 按钮。按钮。执行执行 Main Menu Solution Solve Cu

16、rrent LS Main Menu Solution Solve Current LS 命令，进行模态分命令，进行模态分析。析。求解求解(qi ji)(qi ji)类型对话框类型对话框模态分析选项对话框模态分析选项对话框 第9页/共17页第十页，共17页。7 April 2005L7-11! !* */SOLUTION /SOLUTION ANTYPE, MODAL ANTYPE, MODAL ！进行模态分析！进行模态分析 MODOPT,LANB,20,0,0, ,OFF MODOPT,LANB,20,0,0, ,OFF ！选择模态分析方法、模态提取数！选择模态分析方法、模态提取数MXPAN

17、D,0, , ,0 MXPAND,0, , ,0 ！选择模态扩展数！选择模态扩展数LUMPM,0 LUMPM,0 ！选择质量阵形式为一致质量阵！选择质量阵形式为一致质量阵PSTRES,0 PSTRES,0 ！关闭预应力选项开关！关闭预应力选项开关(kigun)(kigun)SOLVE SOLVE ！求解模态！求解模态FINISH FINISH 第10页/共17页第十一页，共17页。7 April 2005L7-12! !* */SOLUTION /SOLUTION ANTYPE,8ANTYPE,8SPOPT,SPRS,20,1 SPOPT,SPRS,20,1 ！谱分析法，取！谱分析法，取 20

18、 20 个模态计算个模态计算! ! 输入加速度谱值输入加速度谱值SVTYP,2,9.8, SVTYP,2,9.8, ！输入加速度谱，以重力加速度！输入加速度谱，以重力加速度g g为输入单位为输入单位SED,1,0,0, SED,1,0,0, ！定义！定义 X X轴方向轴方向(fngxing)(fngxing)为地震输入方向为地震输入方向(fngxing)(fngxing)ROCK,0,0,0,0,0,0, ROCK,0,0,0,0,0,0, ! !* * FREQ, 0.111111, 0.125000, 0.142857, 0.166667, 0.200000 FREQ, 0.111111,

19、 0.125000, 0.142857, 0.166667, 0.200000 FREQ, 0.222222, 0.250000, 0.285714, 0.333333, 0.400000 FREQ, 0.222222, 0.250000, 0.285714, 0.333333, 0.400000 FREQ, 0.500000, 0.555556, 0.625000, 0.714286, 0.833333 FREQ, 0.500000, 0.555556, 0.625000, 0.714286, 0.833333 FREQ, 1.000000, 1.111111, 10.00000, 50.0

20、0000 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-01SV, 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,

21、 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, 0.389930E-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-01SV, 0.05, 0

22、.727630E-01, 0.800000E-01, 0.800000E-01, 0.360000E-01! ! SOLVE SOLVE FINISH FINISH 第11页/共17页第十二页，共17页。7 April 2005L7-13! !* * /SOLUTION /SOLUTION ANTYPE,2ANTYPE,2EXPASS,1 EXPASS,1 ！扩展模态！扩展模态MXPAND,20,0,0,1,0.005, MXPAND,20,0,0,1,0.005, SOLVE SOLVE FINISHFINISH! !* * /SOLUTION /SOLUTION ANTYPE,8ANTYP

23、E,8SPOPT,SPRS,20,1SPOPT,SPRS,20,1SRSS,0.005,DISP SRSS,0.005,DISP ！采用！采用(ciyng)SRSS (ciyng)SRSS 叠加各模态结果叠加各模态结果SOLVESOLVEFINISH FINISH ! !* *! !* *第12页/共17页第十三页，共17页。7 April 2005L7-14! ! 时程分析命令流时程分析命令流!* *set,st,0.01 set,st,0.01 ！设定时间步长！设定时间步长 st st0.01 0.01 * *set,endpoint,100 set,endpoint,100 ！设定数组长

24、度为！设定数组长度为 endpoint endpoint100 100 * *dim,xforce,array,endpoint dim,xforce,array,endpoint ！定义数组名！定义数组名 xforce xforce 和长度和长度* *vread,xforce(1),Seismic_x,txt vread,xforce(1),Seismic_x,txt ！以指定格式！以指定格式(7F10.5)(7F10.5)从文件中读入数据从文件中读入数据(7F10.5) (7F10.5) * *VOPER,xforce(1),xforce(1),MULT,9.8, , , VOPER,xforce(1),xforce(1),MULT,9.8, , , ！对数组元素！对数组元素(yun s)(yun s)进行乘法运算进行乘法运算第13页/共17页第十四页，共17页