ANSYS地震分析实例

1、ANSY弛震分析实例土木工程中除了常见的静力分析以外，动力分析，特别是结构在地震荷载作用下的受力分析，也是土木工程中经常碰到的题目。结构的地震分析根据现行抗震规范要求，一般分为以下两类：基于结构自振特性的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。本算例将以一个4质点的弹簧-质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。关键知识点：(a)模态分析(b)谱分析(c)地震反应谱输进(d)地震时程输进(e)时程动力分析(1)在ANSYS窗口顶部静态菜单，进进Parameters菜单，选择ScalarParameters选项，在输进窗口中填进DAMPRATIO=

2、0.02,即所有振型的阻尼比为2%(2)ANSYS主菜单Preprocessor->Elementtype->Add/Edit/Delete,添力口Beam188单元(3)在ElementTypes窗口中，选择Beam188单元，选择Options,进进Beam188的选项窗口，将第7个和第8个选项，Stress/Strain(SectPoints)K7,Stress/Strain(SectNods)K8,从None改为MaxandMinOnly。即要求Beam188单元输出积分点和节点上的最大、最小应力和应变(4)在ElementTypes窗口中，继续添加Mass

3、21集中质量单元(5)下面输进材料参数，进进ANSYS主菜单Preprocessor->MaterialProps->MaterialModels菜单，在MaterialModelNumber1中添加Structural->Linear->Elastic->Isotropic属性，输进材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。(6)继续给MaterialModelNumber1添加Density属性，输进密度为7800。(7)继续给MaterialModelNumber1添加Damping属性，采用参数化建

4、模，输进阻尼类型为Constant,数值为DAMPRATIO(8)接着建立梁单元的几何属性，和上一个例子一样，采用Sections建模，进进ANSYS主菜单Preprocessor->Sections->Beam->CommonSections，选择Sub-Type为工字型，截面尺寸W1=0.2,W2=0.2,W3=0.5,t1=0.01,t2=0.01,t3=0.008(9)通过实参数输进集中质量单元的质量和转动惯量，在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->RealConstants->Add/Edit/Del

5、ete菜单，在RealConstants窗口中选择Add,在ElementtypeforRealConstants选择Mass21,在RealConstantforNumber1窗口中输进1.6E2,1.6E2,如图所示。即该质量单元在X和丫方向的质量都为160,由于本例子模型为平面题目，所以不必考虑Z方向的质量，同样也不考虑单元的转动惯量。(10)继续添加第二类集中质量，过程和上面一样，但是输进的质量数值为1.2E2,1.2E2(11)完成以上工作就完成了模型的基本数据预备，下面开始建立物理模型。(12)在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Modeling-&a

6、mp;gt;Create->Keypoints->InActiveCS,依次输进关键点编号和坐标：需要说明的是，关键点6为后面建立梁单元所需的截面方向控制点，在上一个例子中已经做过先容。(13)完成关键点输进后下面建立直线模型。在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Lines->StraightLine，依次连接关键点15。(14)下面给建立完的几何模型赋予材料属性，在ANSYS菜单中选择Meshing->MeshAtt

7、ributes->PickedLines，选中所有的直线，进进LineAttributes窗口，选择相关选项材料属性，实参数，单元类型和截面类型都为1,点击OK后输进关键点6作为截面方向控制点。(15)在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Meshing->SizeCntrls->ManualSize->Lines->PickedLines,在ElementSizesonPickedLines窗口中设定NDIVNo.ofelementdivisions为3,即将每条直线分为3段(16)在ANSYS

8、i菜单中选择Preprocessor->Meshing->Mesh->Lines，选择所有的直线，完成直线的网格划分。(17)为了便于后面操纵，将网格划分后的单元和节点编号进行适当的清理。在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->NumberingCtrls->MergeItems,在MergeCoincidentorEquivalentlyDefinedItems窗口中选择All,清理所有重复的元素。同样选择NumberingCtrls->CompressNumber菜单，在CompressNumb

9、er中选择All,对节点和单元进行重新编号。ANSYS主菜单中选择(18)下面建立集中质量单元，采取直接输进单元的方法建立。在Preprocessor->Modeling->Create->Elements->ElemAttributes,在ElementAttributes中设定单元类型编号为2MASS21,材料编号任意，实参数编号为1。如图所示(19)在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Modeling->Create->Elements->AutoNumbere

10、d->ThruNodes,选择节点2,建立第一个集中质量。(20)再次进进第18步ElementAttributes窗口，设定实参数(Realconstantsetnumber)为2。(21)重复19步，选择节点8,14,20,建立其他的三个集中质量单元。(22)到此完成所有建模工作，下面开始进行结构分析(23)进进ANSYS主菜单中Solution功能模块，选择Solution->DefineLoads->Apply->Structural->Displacement->OnNodes,选择节点1,设定约束所

11、有的自由度。港台化妆品(24)首先做一次静力分析，选择ANSYS主菜单Solution->AnalysisType->NewAnalysis,设定分析类型为Static(25)选择ANSYS主菜单Solution->Solve->CurrentLS选项，进行一次静力分析(26)分析完后，下面进行模态分析，在ANSYS主菜单中选择Solution->AnalysisType->NewAnalysis,选择分析类型为Model(27)在ANSYS主菜单中选择Solution->AnalysisType

12、->AnalysisOptions,输进模态分析方法为子空间法(Subspace),求解8阶模态，同时需要作模态扩展，扩展的模态为8阶，并计算单元应力和应变，输进窗口如图(28)再次选择ANSYS主菜单Solution->Solve->CurrentLS,计算当前题目(29)这时，假如需要看结果，可以进进后处理模块，即ANSYS主菜单GeneralPostproc,可以看到计算的各阶频率和振型。(30)完成结构自振分析后，下面就可以进行反应谱分析(31)进进ANSYS主菜单Solution->AnalysisType->Ne

13、wAnalysis,选择分析类型为Spectrum。(32)在ANSYS主菜单Solution->AnalysisType->AnalysisOptions中，选择谱分析的类型为单点输进(Sing-ptresp)(33)在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Loads->LoadStepOpts->Time/Frequenc->Damping,输进所有的阻尼为DAMPRATIO,如图所示(34)下面需要定义地震的反应谱。我国规范给定的是基于加速度的反应谱。在ANSYS主菜单中选择Solution-

14、>LoadStepOpts->Spectrum->SinglePoint->Settings，设定反应谱类型为地震加速度，放大系数为1,输进方向为X方向(1,0,0)。(35)接下来开始输进地震反应谱。这里输进的反应谱按7度多遇地震，取地震影响系数为0.08,第一组，HI类场地，卓越周期Tg=0.45s。值得留意的是，我国规范给的反应谱横坐标是周期，ANSYS定义的反应谱横坐标是频率，应该留意上述区别。选择ANSYS主菜单Solution->LoadStepOpts->Spectrum->Sing

15、lePoint->FreqTable,输进频率反应谱Freq1Freq12为0.167,0.25,0.333,0.,0.5,0.667,1,1.25,1.667,2.222,10,如图(36)选择ANSYSi菜单Solution->LoadStepOpts->Spectrum->SinglePoint->SpectrValues,输进对应的反应谱数值依次如下：(37)最后选择ANSYS主菜单Solution->LoadStepOpts->Spectrum->SinglePoint-&

16、amp;gt;ModeCombine,设定振型组合方式为SRS铢，如图所示(38)选择ANSYS主菜单Solution->Solve->CurrentLS,计算反应谱结果(39)进进ANSYS主菜单后处理模块GeneralPostproc,在ANSYS窗口顶部菜单选择File->Readinputfrom,选择文件后缀名为*.mcom的文件(40)进进ANSYS主菜单GeneralPostproc->PlotResults->DeformedShapes,选择绘制变形后外形和结构外形，得到地震反应谱分析的结构变形如图(41)

17、最后我们来进行地震时程分析，进行地震时程分析以前，首先要有一个地震时程记录，本例子给定的地震时程记录总长20秒，记录点间隔0.02s,共有1001个记录点。该地震记录存放在RECORD.TX攻件中。(42)首先建立两个变量，在ANSYS窗口顶部菜单选择Parameters->Scalarparameters,在窗口中输进NT=1001,即总共1001个记录点，DT=0.02,即记录点间隔0.02s(43)然后还需要定义一个数组来存放地震记录，选择ANSYS窗口顶部菜单Parameters->Arrayparameters->Define/Edit，在弹

18、出的ArrayParameters窗口中点击Add按钮，在AddNewArrayParameter窗口中输进数组的名称为AC,行数为NT个，如图所示。(44)下面从数据文件中读进地震时程记录。选择ANSYS窗口顶部菜单Parameters->Arrayparameters->Readfromfile，在弹出窗口中依次输进将数据读进的数组名称AC,可以用Browse选择目标数据文件，最后要2出数据读进的格式(F8.3),可以参考Fortran相应的文件输进输出要求。(45)完成数据读进后就可以进行地震反应分析。由于本次地震分析一共要进行1001步，超过了ANSYS!认

19、的最大1000步限制，因此首先需要进行调整。在ANSYS的命令输进窗口内，输进以下命令：Finish/CONFIG,NRES,(46)进进ANSYS主菜单Solution->AnalysisType->NewAnalysis，指定分析类型为瞬态分析Transient,Solutionmethod可以选择Full。(47)进进ANSY驻菜单Solution->AnalysisType->Sol'nControls，在SolutionControls窗口里面选择Transient页面，设定瑞雷阻尼的数值。由于阻尼的机理十分复杂

20、，因此不同题目可能各不相同，这里仅先容一种阻尼的取法。输进质量阻尼系数为2*DAMPRATIO*FREQ1*2*3.,刚度阻尼系数为2*DAMPRATIO/(FREQ1*2*3.),FREQ1为结构的第一阶自振频率。(48)下面将用一组循环控制语句来定义作用在结构上的加速度并进行计算。读者可以将下面这部分语句用任意编辑器(比如windows的记事本)输进好以后复制ANSYS的输进栏中。*DO,I,1,02地震分析算例(ANSYS)土木工程中除了常见的静力分析以外，动力分析，特别是结构在地震荷载作用下的受力分析，也是土木工程中经常碰到的题目。结构的地震分析根据现行抗震规范要求，一般分为以下两类：

21、基于结构自振特性的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。本算例将以一个4质点的弹簧-质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。关键知识点：(a)模态分析(b)谱分析(c)地震反应谱输进(d)地震时程输进(e)时程动力分析(1)在ANSYS窗口顶部静态菜单，进进Parameters菜单，选择ScalarParameters选项，在输进窗口中填进DAMPRATIO=0.02,即所有振型的阻尼比为2%(2)ANSYS主菜单Preprocessor->Elementtype->Add/Edit/Delete,添力口Beam1

22、88单元(3)在ElementTypes窗口中，选择Beam188单元，选择Options,进进Beam188的选项窗口，将第7个和第8个选项，Stress/Strain(SectPoints)K7,Stress/Strain(SectNods)K8,从None改为MaxandMinOnly。即要求Beam188单元输出积分点和节点上的最大、最小应力和应变(4)在ElementTypes窗口中，继续添加Mass21集中质量单元(5)下面输进材料参数，进进ANSYS主菜单Preprocessor->MaterialProps->MaterialModels菜单，在Ma

23、terialModelNumber1中添加Structural->Linear->Elastic->Isotropic属性，输进材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。(6)继续给MaterialModelNumber1添加Density属性，输进密度为7800。(7)继续给MaterialModelNumber1添加Damping属性，采用参数化建模，输进阻尼类型为Constant,数值为DAMPRATIO(8)接着建立梁单元的几何属性，和上一个例子一样，采用Sections建模，进进ANSYS主菜单Preprocessor-&a

24、mp;gt;Sections->Beam->CommonSections，选择Sub-Type为工字型，截面尺寸W1=0.2,W2=0.2,W3=0.5,t1=0.01,t2=0.01,t3=0.008(9)通过实参数输进集中质量单元的质量和转动惯量，在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->RealConstants->Add/Edit/Delete菜单，在RealConstants窗口中选择Add,在ElementtypeforRealConstants选择Mass21,在RealConstantforNumber1窗口中输

25、进1.6E2,1.6E2,如图所示。即该质量单元在X和丫方向的质量都为160,由于本例子模型为平面题目，所以不必考虑Z方向的质量，同样也不考虑单元的转动惯量。(10)继续添加第二类集中质量，过程和上面一样，但是输进的质量数值为1.2E2,1.2E2(11)完成以上工作就完成了模型的基本数据预备，下面开始建立物理模型。(12)在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->InActiveCS,依次输进关键点编号和坐标：需要说明的是，关键点6为后面建立梁单元所需的截面方向控制点，

26、在上一个例子中已经做过先容。(13)完成关键点输进后下面建立直线模型。在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Lines->StraightLine，依次连接关键点15。(14)下面给建立完的几何模型赋予材料属性，在ANSYS菜单中选择Meshing->MeshAttributes->PickedLines,敏感肌肤化妆品选中所有的直线，进进LineAttributes窗口，选择相关选项材料属性，实参数，单元类型和截面类型都为1,点击O

27、K后输进关键点6作为截面方向控制点。(15)在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Meshing->SizeCntrls->ManualSize->Lines->PickedLines,在ElementSizesonPickedLines窗口中设定NDIVNo.ofelementdivisions为3,即将每条直线分为3段(16)在ANSYSi菜单中选择Preprocessor->Meshing->Mesh->Lines，选择所有的直线，完成直线的网格划分。(17)为了

28、便于后面操纵，将网格划分后的单元和节点编号进行适当的清理。在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->NumberingCtrls->MergeItems,在MergeCoincidentorEquivalentlyDefinedItems窗口中选择All,清理所有重复的元素。同样选择NumberingCtrls->CompressNumber菜单，在CompressNumber中选择All,对节点和单元进行重新编号。(18)下面建立集中质量单元，采取直接输进单元的方法建立。在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Mo

29、deling->Create->Elements->ElemAttributes,在ElementAttributes中设定单元类型编号为2MASS21,材料编号任意，实参数编号为1。如图所示(19)在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Modeling->Create->Elements->AutoNumbered->ThruNodes,选择节点2,建立第一个集中质量。(20)再次进进第18步ElementAttributes窗口，设定实参数(Realconstant

30、setnumber)为2。(21)重复19步，选择节点8,14,20,建立其他的三个集中质量单元。(22)到此完成所有建模工作，下面开始进行结构分析(23)进进ANSYS主菜单中Solution功能模块，选择Solution->DefineLoads->Apply->Structural->Displacement->OnNodes,选择节点1,设定约束所有的自由度。(24)首先做一次静力分析，选择ANSYS主菜单Solution->AnalysisType->NewAnalysis,设定分析类型

31、为Static(25)选择ANSYS主菜单Solution->Solve->CurrentLS选项，进行一次静力分析(26)分析完后，下面进行模态分析，在ANSYS主菜单中选择Solution->AnalysisType->NewAnalysis,选择分析类型为Model(27)在ANSYS主菜单中选择Solution->AnalysisType->AnalysisOptions,输进模态分析方法为子空间法(Subspace),求解8阶模态，同时需要作模态扩展，扩展的模态为8阶，并计算单元应力和应变，输进窗口如

32、图(28)再次选择ANSYS主菜单Solution->Solve->CurrentLS,计算当前题目(29)这时，假如需要看结果，可以进进后处理模块，即ANSYS主菜单GeneralPostproc,可以看到计算的各阶频率和振型。(30)完成结构自振分析后，下面就可以进行反应谱分析(31)进进ANSYS主菜单Solution->AnalysisType->NewAnalysis,选择分析类型为Spectrum。(32)在ANSYS主菜单Solution->AnalysisType->AnalysisOption

33、s中，选择谱分析的类型为单点输进(Sing-ptresp)(33)在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Loads->LoadStepOpts->Time/Frequenc->Damping,输进所有的阻尼为DAMPRATIO,如图所示(34)下面需要定义地震的反应谱。我国规范给定的是基于加速度的反应谱。在ANSYS主菜单中选择Solution->LoadStepOpts->Spectrum->SinglePoint->Settings，设定反应谱类型为地震加速度，放大

34、系数为1,输进方向为X方向(1,0,0)。(35)接下来开始输进地震反应谱。这里输进的反应谱按7度多遇地震，取地震影响系数为0.08,第一组，HI类场地，卓越周期Tg=0.45s。值得留意的是，我国规范给的反应谱横坐标是周期，ANSYS定义的反应谱横坐标是频率，应该留意上述区别。选择ANSYS主菜单Solution->LoadStepOpts->Spectrum->SinglePoint->FreqTable,输进频率反应谱Freq1Freq12为0.167,0.25,0.333,0.,0.5,0.667,1,1.25,1.667,2.2

35、22,10,如图(36)选择ANSYSi菜单Solution->LoadStepOpts->Spectrum->SinglePoint->SpectrValues,输进对应的反应谱数值依次如下：(37)最后选择ANSYS主菜单Solution->LoadStepOpts->Spectrum->SinglePoint->ModeCombine,设定振型组合方式为SRS铢，如图所示(38)选择ANSYS主菜单Solution->Solve->CurrentLS

36、,计算反应谱结果(39)进进ANSYS主菜单后处理模块GeneralPostproc,在ANSYS窗口顶部菜单选择File->Readinputfrom,选择文件后缀名为*mcom的文件(40)进进ANSYS主菜单GeneralPostproc->PlotResults->DeformedShapes,选择绘制变形后外形和结构外形，得到地震反应谱分析的结构变形如图(41)最后我们来进行地震时程分析，进行地震时程分析以前，首先要有一个地震时程记录，本例子给定的地震时程记录总长20秒，记录点间隔0.02s,共有1001个记录点。该地震记录存放在RECORD.TXTC件中。(42)首先建立两个变量，在ANSYS窗口顶部菜单选择Parameters->Scalarparameters,在窗口中输进NT=1001,即总共1001个记录点，DT=0.02,即记录点间隔0.02s(43)然后还需要定义一个数组来存放地震记录，选择AN