通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用第七講

碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用(七)

二OO六年四月七日7April20051通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）第七講內(nèi)容提要9.ANSYS動(dòng)力分析的基本功能及一維單元應(yīng)用實(shí)例

空間框架結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析的譜分析法9.1ANSYS動(dòng)力分析的基本功能簡介9.2實(shí)體建模及剛性樓板假定的實(shí)施9.3模態(tài)分析求解過程（交互式輸入及命令流）9.4譜分析法求解過程（交互式輸入及命令流）9.5瞬態(tài)地震響應(yīng)求解過程7April20052通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.1ANSYS動(dòng)力分析的基本功能簡介ANSYS動(dòng)力分析的基本功能模態(tài)分析諧響應(yīng)分析（不做具體介紹）譜分析瞬態(tài)響應(yīng)分析7April20053通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.1ANSYS動(dòng)力分析的基本功能簡介（續(xù)1）模態(tài)分析模態(tài)分析是所有動(dòng)力學(xué)分析類型的最基礎(chǔ)的內(nèi)容；模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的一種技術(shù)；描述結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的基本要素：固有頻率（自振周期＝1/固有頻率）振型振型參與系數(shù)(特定方向上某個(gè)振型在多大程度上參與了振動(dòng)）模態(tài)分析結(jié)果可以直接用于指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果可以定性知曉結(jié)構(gòu)對(duì)各類動(dòng)力載荷的響應(yīng)

有助于在其它動(dòng)力分析中估算求解控制參數(shù)（如時(shí)間步長）模態(tài)分析只對(duì)線性結(jié)構(gòu)成立!7April20054通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.1ANSYS動(dòng)力分析的基本功能簡介（續(xù)2）諧響應(yīng)分析確定結(jié)構(gòu)在已知頻率的正弦（簡諧）激勵(lì)作用下響應(yīng)的技術(shù)；荷載必須是已知大小和頻率的諧波載荷（力、壓力或強(qiáng)迫位移，可以是同一頻率的多種載荷組合，各載荷可以是同相位也可以是不同相位）；

諧響應(yīng)分析結(jié)果是與激勵(lì)同頻率的節(jié)點(diǎn)諧位移（通常會(huì)與激勵(lì)存在位相差），以及由節(jié)點(diǎn)位移得到的其它導(dǎo)出量，如：應(yīng)力和應(yīng)變等；單位力作用下的諧響應(yīng)分析結(jié)果可以與富氏分析相聯(lián)系；事實(shí)上，諧響應(yīng)分析是模態(tài)疊加法的計(jì)算基礎(chǔ)；諧響應(yīng)分析結(jié)果可以直接用于指導(dǎo)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

諧響應(yīng)分析也只對(duì)線性結(jié)構(gòu)成立!7April20055通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.1ANSYS動(dòng)力分析的基本功能簡介（續(xù)3）譜分析是模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)對(duì)地震及其它隨機(jī)激勵(lì)的響應(yīng)；譜分析計(jì)算過程是將模態(tài)分析的結(jié)果與一個(gè)已知的輸入譜相聯(lián)系，計(jì)算

結(jié)構(gòu)在該輸入譜荷載作用下的響應(yīng)位移、應(yīng)力等；譜分析由下列計(jì)算步驟構(gòu)成：獲得模態(tài)解計(jì)算譜解擴(kuò)展模態(tài)組合各模態(tài)解

譜分析也只對(duì)線性結(jié)構(gòu)成立!7April20056通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.1ANSYS動(dòng)力分析的基本功能簡介（續(xù)4）瞬態(tài)響應(yīng)分析

是一種確定隨時(shí)間變化載荷作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的計(jì)算技術(shù)；瞬態(tài)響應(yīng)分析的三種求解方法：

完整矩陣法（Full）縮減矩陣法（Reduced）模態(tài)疊加法（ModeSuperposition）

模態(tài)疊加法只對(duì)線性結(jié)構(gòu)成立；縮減矩陣法僅允許結(jié)構(gòu)中存在簡單的點(diǎn)點(diǎn)接觸形式的非線性；完整矩陣法允許在分析中包括各種類型非線性，

如：幾何大變形、接觸、塑性等，但對(duì)硬件資源要求較高本次課重點(diǎn)介紹完整矩陣法由于荷載的瞬變特性，交互式操作是不現(xiàn)實(shí)的!7April20057通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.2實(shí)體建模及剛性樓板假定的實(shí)施分析目的：地震作用下結(jié)構(gòu)的線彈性動(dòng)力響應(yīng)分析

模型規(guī)劃：梁、柱均采用BEAM4

單元、樓板采用SHELL63建立屬性表：單元類別：E1,BEAM4,!框架柱單元E2,BEAM4,!

外環(huán)梁單元E3,BEAM4,!樓面梁單元E4,SHELL63,!

樓面板單元材料屬性：M1,!C30混凝土M2,!型鋼單元實(shí)參數(shù)：R1,E1,BEAM4,!框架柱單元R2,E2,BEAM4,!外環(huán)梁單元R3,E3,BEAM4,!樓面梁單元R4,E4,SHELL63,!樓面板單元參照講義第3章交互式建模或執(zhí)行命令流文件生成框架結(jié)構(gòu)。7April20058通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.2實(shí)體建模及剛性樓板假定的實(shí)施（續(xù)1）實(shí)施剛性樓板假定的GUI操作命令執(zhí)行UtilityMenu>Selet>Entities命令，彈出選取圖元對(duì)話框，在選取類型表中選Nodes，選取標(biāo)準(zhǔn)表中選ByLocation，參數(shù)設(shè)定窗中輸入

Z坐標(biāo)限定范圍Min，Max為（4，4），單擊OK按鈕，即選中1層樓面的全部節(jié)點(diǎn)。

執(zhí)行MainMenu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>RigidRegion命令，彈出選取主節(jié)點(diǎn)對(duì)話框，圖形上選中剛度中心處的節(jié)點(diǎn)120，單擊OK按鈕；彈出選取從節(jié)點(diǎn)對(duì)話框，選中該層其余所有節(jié)點(diǎn)，單擊OK按鈕，完成1層樓面的剛性樓板約束。類似地，對(duì)2、3層實(shí)施剛性樓板約束7April20059通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.2實(shí)體建模及剛性樓板假定的實(shí)施（續(xù)2）！實(shí)施剛性樓板假定的命令流!!!!!!定義1層樓面剛性樓板!*/PREP7

NSEL,S,LOC,Z,4,4CERIG,120,ALL,UXYZ,,,,!193號(hào)節(jié)點(diǎn)為該層形心位置，定義為剛度中心!!!!!!定義2層樓面剛性樓板!*/PREP7

NSEL,S,LOC,Z,8,8CERIG,127,ALL,UXYZ,,,,!229號(hào)節(jié)點(diǎn)為該層形心位置，定義為剛度中心!!!!!!定義3層樓面剛性樓板!*/PREP7

NSEL,S,LOC,Z,12,12CERIG,134,ALL,UXYZ,,,,!350號(hào)節(jié)點(diǎn)為該層形心位置，定義為剛度中心7April200510通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.3模態(tài)分析求解過程模態(tài)分析GUI操作流程：執(zhí)行MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis命令，彈出如左下圖所示求解類型對(duì)話框，選擇Modal選項(xiàng)，單擊OK

按鈕；彈出右下圖所示模態(tài)分析選項(xiàng)對(duì)話框，輸入模態(tài)提取數(shù)（No.ofmodestoextract）為20，單擊OK

按鈕；彈出BlockLanczosMethod

選項(xiàng)對(duì)話框，取默認(rèn)值即可。單擊OK

按鈕。執(zhí)行MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS

命令，進(jìn)行模態(tài)分析。求解類型對(duì)話框模態(tài)分析選項(xiàng)對(duì)話框

7April200511通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.3模態(tài)分析求解過程（續(xù)）!*/SOLUTION

ANTYPE,MODAL！進(jìn)行模態(tài)分析MODOPT,LANB,20,0,0,,OFF！選擇模態(tài)分析方法、模態(tài)提取數(shù)MXPAND,0,,,0！選擇模態(tài)擴(kuò)展數(shù)LUMPM,0！選擇質(zhì)量陣形式為一致質(zhì)量陣PSTRES,0！關(guān)閉預(yù)應(yīng)力選項(xiàng)開關(guān)SOLVE！求解模態(tài)FINISH7April200512通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用9.際4譜分敬析法求解啊過程!*/SO已LU冶TI和ONAN弄TY萬PE層,8SP欠OP傲T,歐SP棉RS筍,2轟0,傍1??！書！譜分倆析法終，取梯2孕0監(jiān)個(gè)模御態(tài)計(jì)疏算!!謙!!輸入剃加速作度譜獅值SV膽TY盈P,離2,娘9.灶8,?。『?！輸入咐加速肝度譜魔，以擁重力春加速景度g為輸天入單賄位SE使D,難1,稼0,顛0,！！礎(chǔ)！定義X軸方艇向?yàn)榭镜卣鸶C輸入月方向RO掩CK柱,0謙,0清,0節(jié),0奪,0抖,0影,!*FR字EQ痛,續(xù)0.余11宿11蝕11健,仔0.跑12應(yīng)50白00街,鼓0.節(jié)14建28禽57側(cè),壩0.沒16爛66茶67尸,披0.油20撒00醫(yī)00FR抗EQ略,杠0.鼠22慮22鼠22立,拜0.聲25獸00拐00掉,陰0.什28什57吃14映,隊(duì)0.額33何33曠33大,貍0.周40嶄00香00FR否EQ兄,煉0.子50橋00冤00殃,提0.構(gòu)55胖55勉56驅(qū),錫0.金62艇50就00徒,迷0.犁71據(jù)42腦86義,欣0.袍83組33腫33FR嫂EQ甜,崖1.崇00售00宵00詳,著1.炭11妄11貍11員,肥10肯.0提00俗00塘,吸50趙.0榜00愚00!*SV織,橡0.勢(shì)05肆,府0.劫11眾59贈(zèng)40蓬E-倦01梳,風(fēng)0.到13皮19霧40癢E-彎01歪,齒0.怪14帳79伙40吳E-萄01棋,左0.位16跌39供40僵E-閃01佛,壺0.沫17數(shù)99匆40傅E-踢01SV將,卡0.嬸05住,頌0.肺18忙79毀40鋼E-槳01爛,段0.縱20另89頓60取E-隸01筋,座0.狐23胡56精40毒E-陸01糠,青0.軋27膛07丘10倡E-毫01糕,宣0.騾31萬89固80嶄E-堆01SV拐,蘇0.礙05按,妹0.偶38告99治30飯E-旦01狹,督0.初42搶87型10常E-棄01哄,曾0.牛47神66池50很E-之01笨,帽0.頂53塵75漫20瓶E-雁01拉,釣0.濁61框57拖10丘E-歌01SV蓋,伶0.毅05粒,革0.轎72豆76守30互E-動(dòng)01崗,搏0.拌80罩00德00河E-第01殃,綿0.義80不00杜00情E-盒01捎,滔0.忽36糟00穩(wěn)00即E-產(chǎn)01!!梅!!!!他!!SO疲LV拐EFI趴NI體SH7餃Ap分ri裝l稀20啟0513通用蔥有限聰元程犯序A好NS績YS顛及應(yīng)柏用9.醫(yī)4譜分餃析法求解翁過程（續(xù)碗）!*/S捉OL哭UT予IO掙NAN債TY砌PE舞,2EX胡PA青SS躬,1??！道！擴(kuò)展懸模態(tài)MX梯PA搶ND晌,2改0,買0,羽0,乖1,理0.粗00葉5,SO站LV城EFI慢NI伯SH!*/S疲OL組UT呢IO懶NAN俘TY帶PE闖,8SP惠OP壯T,購SP手RS苦,2木0,存1SR誤SS返,0猜.0普05掌,D謀IS味P?。【?！采用SR也SS疊加喪各模柴態(tài)結(jié)仔果SO趙LV蚊EFI炭NI風(fēng)SH!*!*7甜Ap蹄ri蘿l懲20徹0514通用去有限承元程絲式序A卻NS拔YS福及應(yīng)替用9.登5帶瞬態(tài)賊地震磚響應(yīng)躺求解逮過程!!禮!!辦!!時(shí)程口分析池命令排流!!灶!*s忽et機(jī),s喂t,踐0.挺01！設(shè)定傾時(shí)間采步長st菊＝0筍.0故1*s券et泛,e氧nd捎po誰in婦t,共10個(gè)0！設(shè)定共數(shù)組虎長度餐為en今dp棍oi跌nt悠＝10沉0*d架im原,x凱fo繁rc徐e,秋ar恭ra籌y,周en編dp黃oi算nt！定義粗?jǐn)?shù)組縣名xf杠or搖ce和長龍度*v撇re紡ad數(shù),x修fo昌rc蠢e(帽1)襯,S共ei殖sm快ic瘡_x釋,t味xt！以指哄定格截式(7李F1訂0.吐5)從文喝件中筍讀入偏數(shù)據(jù)(7扣F1豈0.仇5)*V構(gòu)OP濫ER扭,x溫fo靠rc搖e(論1)醉,x口fo評(píng)rc閥e(牌1)吩,M章UL煙T,析9.敏8,存,刺,！對(duì)數(shù)夜組元這素進(jìn)第行乘顯法運(yùn)解算7萬Ap哈ri遵l憤20朽0515通用儲(chǔ)有限垮元程援序A遵NS息YS處及應(yīng)磨用9.堂5圾瞬態(tài)齡地震普響應(yīng)容求解慕過程撥（續(xù)）!!膽!!爹!!時(shí)程鈴分析出命令方流（詞續(xù)）!!絡(luò)!/S側(cè)OL忽U!*AN損TY濟(jì)PE侍,T刪RA貼NS！進(jìn)行螞瞬態(tài)綱分析TR譜NO傲PT燦,F陽UL拜L！選擇完整勸矩陣足法!**d痛im美,s連hi麻ji斤an習(xí),a會(huì)rr稻ay鞭,e險(xiǎn)nd涌po尖in駕t！定義宅數(shù)組急名sh蛛ij搞ia刻n和長淡度*v銹fi鍋ll華,s濁hi灣ji扇an床(1壤),