通用有限元程序ANSYS及应用第七讲

硕士研究生学位课程讲义（2006）通用有限元程序ANSYS及应用(七)

二OO六年四月七日7April20051通用有限元程序ANSYS及应用硕士研究生学位课程讲义（2006）第七讲内容提要9.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9.1ANSYS动力分析的基本功能简介9.2实体建模及刚性楼板假定的实施9.3模态分析求解过程（交互式输入及命令流）9.4谱分析法求解过程（交互式输入及命令流）9.5瞬态地震响应求解过程7April20052通用有限元程序ANSYS及应用9.1ANSYS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7April20053通用有限元程序ANSYS及应用9.1ANSYS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!7April20054通用有限元程序ANSYS及应用9.1ANSYS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!7April20055通用有限元程序ANSYS及应用9.1ANSYS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!7April20056通用有限元程序ANSYS及应用9.1ANSYS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!7April20057通用有限元程序ANSYS及应用9.2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。7April20058通用有限元程序ANSYS及应用9.2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7April20059通用有限元程序ANSYS及应用9.2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!*/PREP7

NSEL,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!*/PREP7

NSEL,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!*/PREP7

NSEL,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7April200510通用有限元程序ANSYS及应用9.3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

7April200511通用有限元程序ANSYS及应用9.3模态分析求解过程（续）!*/SOLUTION

ANTYPE,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FINISH7April200512通用有限元程序ANSYS及应用9.际4谱分敬析法求解啊过程!*/SO已LU冶TI和ONAN弄TY万PE层,8SP欠OP傲T,欧SP棉RS笋,2轰0,傍1！！书！谱分俩析法终，取梯2孕0监个模御态计疏算!!谦!!输入剃加速作度谱狮值SV胆TY盈P,离2,娘9.灶8,！！签！输入咐加速肝度谱魔，以拥重力春加速景度g为输天入单贿位SE使D,难1,稼0,颠0,！！础！定义X轴方艇向为烤地震窝输入月方向RO掩CK柱,0谦,0清,0节,0夺,0抖,0影,!*FR字EQ痛,续0.余11宿11蚀11健,仔0.跑12应50白00街,鼓0.节14建28禽57侧,坝0.没16烂66茶67尸,披0.油20撒00医00FR抗EQ略,杠0.鼠22虑22鼠22立,拜0.声25兽00拐00掉,阴0.什28什57吃14映,队0.额33何33旷33大,狸0.周40崭00香00FR否EQ兄,炼0.子50桥00冤00殃,提0.构55胖55勉56驱,锡0.金62艇50就00徒,迷0.犁71据42脑86义,欣0.袍83组33肿33FR嫂EQ甜,崖1.崇00售00宵00详,着1.炭11妄11狸11员,肥10肯.0提00俗00塘,吸50赵.0榜00愚00!*SV织,橡0.势05肆,府0.劫11众59赠40蓬E-倦01梳,风0.到13皮19雾40痒E-弯01歪,齿0.怪14帐79伙40吴E-萄01棋,左0.位16跌39供40僵E-闪01佛,壶0.沫17数99匆40傅E-踢01SV将,卡0.婶05住,颂0.肺18忙79毁40钢E-桨01烂,段0.纵20另89顿60取E-隶01筋,座0.狐23胡56精40毒E-陆01糠,青0.轧27膛07丘10倡E-毫01糕,宣0.骡31万89固80崭E-堆01SV拐,苏0.碍05按,妹0.偶38告99治30饭E-旦01狭,督0.初42抢87型10常E-弃01哄,曾0.牛47神66池50很E-之01笨,帽0.顶53尘75漫20瓶E-雁01拉,钓0.浊61框57拖10丘E-歌01SV盖,伶0.毅05粒,革0.轿72豆76守30互E-动01岗,搏0.拌80罩00德00河E-第01殃,绵0.义80不00杜00情E-盒01捎,滔0.忽36糟00稳00即E-产01!!梅!!!!他!!SO疲LV拐EFI趴NI体SH7饺Ap分ri装l稀20启0513通用葱有限聪元程犯序A好NS绩YS颠及应柏用9.医4谱分饺析法求解翁过程（续碗）!*/S捉OL哭UT予IO挣NAN债TY砌PE舞,2EX胡PA青SS躬,1！！道！扩展悬模态MX梯PA抢ND晌,2改0,买0,羽0,乖1,理0.粗00叶5,SO站LV城EFI慢NI伯SH!*/S疲OL组UT呢IO懒NAN俘TY带PE闯,8SP惠OP壮T,购SP手RS苦,2木0,存1SR误SS返,0猜.0普05掌,D谋IS味P！！竟！采用SR也SS叠加丧各模柴态结仔果SO赵LV蚊EFI炭NI风SH!*!*7甜Ap蹄ri萝l惩20彻0514通用去有限承元程丝式序A却NS拔YS福及应替用9.登5带瞬态贼地震砖响应躺求解逮过程!!礼!!办!!时程口分析池命令排流!!灶!*s忽et机,s喂t,践0.挺01！设定倾时间采步长st菊＝0笋.0故1*s券et泛,e氧nd捎po谁in妇t,共10个0！设定共数组虎长度餐为en今dp棍oi跌nt悠＝10沉0*d架im原,x凯fo繁rc徐e,秋ar恭ra筹y,周en编dp黄oi算nt！定义粗数组县名xf杠or摇ce和长龙度*v撇re纺ad数,x修fo昌rc蠢e(帽1)衬,S共ei殖sm快ic疮_x释,t味xt！以指哄定格截式(7李F1订0.吐5)从文喝件中笋读入偏数据(7扣F1岂0.仇5)*V构OP滥ER扭,x温fo靠rc摇e(论1)醉,x口fo评rc阀e(牌1)吩,M章UL烟T,析9.敏8,存,刺,！对数夜组元这素进第行乘显法运解算7万Ap哈ri遵l愤20朽0515通用储有限垮元程援序A遵NS息YS处及应磨用9.堂5圾瞬态龄地震普响应容求解慕过程拨（续）!!胆!!爹!!时程铃分析出命令方流（词续）!!络!/S侧OL忽U!*AN损TY济PE侍,T删RA贴NS！进行蚂瞬态纲分析TR谱NO傲PT灿,F阳UL拜L！选择完整劝矩阵足法!**d痛im美,s连hi麻ji斤an习,a会rr稻ay鞭,e险nd涌po尖in驾t！定义宅数组急名sh蛛ij搞ia刻n和长淡度*v锈fi锅ll华,s浊hi湾ji扇an床(1壤),