A通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用六

碩士研究生學(xué)位課程講義（2008）第七講內(nèi)容提要10.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10.1ANSYS動(dòng)力分析的基本功能簡介10.2實(shí)體建模及剛性樓板假定的實(shí)施10.3模態(tài)分析求解過程（交互式輸入及命令流）10.4譜分析法求解過程（交互式輸入及命令流）10.5瞬態(tài)地震響應(yīng)求解過程7April20081通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.1ANSYS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7April20082通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.1ANSYS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!7April20083通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.1ANSYS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!7April20084通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.1ANSYS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!7April20085通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.1ANSYS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!7April20086通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.2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?；驁?zhí)行命令流文件生成框架結(jié)構(gòu)。7April20087通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.2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7April20088通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.2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7April20089通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.3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

7April200810通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10.3模態(tài)分析求解過程（續(xù)）!!!!!!!!!!!步驟1：進(jìn)行模態(tài)分析/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)FINISH7April200811通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用10胡.4譜分社析法求解顛過程!!停!!崇!!芳!!灰!!捉!君步譽(yù)驟2膀：進(jìn)得行譜脈分析/SO及LU山TI岡ONAN堆TY莖PE洗,8SP磚OP放T,攪SP陣RS吼,2旨0,怨1！！岔！譜分遭析法艱，取輩2尚0幅個(gè)模僵態(tài)計(jì)餡算!!巧!!輸入并加速騎度譜蔥值SV麥TY核P,滋2,外9.徐8,??！移！輸入盯加速紀(jì)度譜仗，以連重力座加速云度g為輸躍入單蓋位SE留D,億1,腫0,饅0,??！妙！定義X軸方兆向?yàn)閾P(yáng)地震筐輸入新方向RO笛CK巴,0隊(duì),0女,0滅,0奮,0昌,0粥,!*FR登EQFR堡EQ笑,經(jīng)0.絕11喘11歷11還,抹0.霧12籮50講00雙,葬0.己14乎28需57祝,閘0.握16符66筑67加,詳0.探20升00蒸00FR血EQ果,峽0.奪22妙22床22服,羨0.領(lǐng)25饅00尾00窯,撓0.及28睬57艱14慮,尤0.駐33告33坑33布,寧0.昨40蟲00馬00FR滅EQ腎,怠0.職50熱00風(fēng)00蝦,戰(zhàn)0.沃55桿55纏56弱,漢0.少62秘50喊00劉,獻(xiàn)0.嗚71烈42蛛86遼,歡0.鹽83送33腦33FR被EQ已,聰1.片00找00哭00替,籌1.岸11電11演11然,沫10閱.0棋00盡00喬,罩50罵.0部00凱00!*SV劫,值0.輛05估,肯0.酬11庸59夏40嶺E-葡01芬,嗎0.爐13毛19詳40較E-句01播,在0.假14倍79茂40粗E-宜01記,般0.備16廈39曲40毀E-吸01間,凡0.塊17均99賊40扔E-酸01SV堅(jiān),象0.廊05配,勢0.猜18朝79揪40軌E-紫01癥,尾0.撫20爆89緊60唱E-帝01猾,節(jié)0.神23揚(yáng)56循40著E-邪01蛋,吧0.綢27怖07催10蜓E-象01幣,依0.催31變89折80炕E-破01SV銹,紀(jì)0.編05孤,贈(zèng)0.慶38鏈99績30孟E-動(dòng)01爬,音0.積42乞87灘10浙E-圣01餃,觸0.園47眨66礎(chǔ)50肆E-彩01添,語0.隸53囑75兼20但E-拐01極,祖0.旗61私57備10滅E-糧01SV池,辮0.荒05勺,長0.什72增76折30陽E-繭01涂,認(rèn)0.率80去00飯00卻E-桃01蒜,殼0.霉80哈00困00盈E-腎01艦,洪0.知36焦00夾00嗎E-翠01!!榨!!SO逼LV牌EFI促NI蠟SH7滑Ap桌ri受l召20灣0812通用增有限就元程賀序A慕NS唇Y(jié)S麥及應(yīng)字用10系.4譜分施析法求解皆過程（續(xù)幻玉）!!迫!!陶!!觸!!暖!!質(zhì)!步驟解3：腔進(jìn)行儀模態(tài)囑擴(kuò)展/S椒OL壞UT魄IO枝NAN粱TY洗PE勿,2EX西PA悅SS淘,1！！聾！擴(kuò)展舞模態(tài)MX疏PA盆ND與,2懇0,慕0,塘0,載1,區(qū)0.織00淘5,SO法LV初EFI蘭NI附SH!!辛!!撕!!猜!!等!!矩!!鐵!步驟探4：黨進(jìn)行女譜分骨析(輕振型每疊加宇)/S瓦OL穿UT桂IO舊NAN太TY眼PE施,8SP慶OP稻T,番SP蟻RS歌,2聰0,睡1SR頂SS犧,0溜.0鳥05堂,D智IS下P?。∽?！采用SR疲SS疊加肌各模畜態(tài)結(jié)域果SO聲LV液EFI持NI窩SH!*!*!!恭!!貸!!刷!!廊!!鞏!!步驟媽5：住進(jìn)入縫后處荷理進(jìn)獸行工我況組牢合：/PO參ST龍1SE怠T,量LI講ST/I朗NP糾,,儀mc喜om!讀入jo噴bn比am屢e.抗mc收om文件畏，進(jìn)汗行譜乏分析助模態(tài)是疊加7啟Ap蓋ri犁l矮20責(zé)0813通用勁有限輕元程鍵序A值NS侍YS向及應(yīng)延用10欠.5姿瞬恩態(tài)地限震響牛應(yīng)求賊解過書程!!寺!!味!!時(shí)程抬分析件命令雄流!!虜!*s右et嚇,s痕t,叔0.醒01！設(shè)定乎時(shí)間兄步長st宣＝0恐.0欺1*s友et挽,e檔nd擋po葛in本t,備10穗0！設(shè)定廢數(shù)組留長度替為en灰dp嚷oi鴉nt就＝10飾0*d懷im成,x筋fo圖rc欲e,藥ar堂ra渡y,濫en頑dp憤oi儉nt！定義療數(shù)組臉名xf賭or漢ce和長眨度*v圾re閘ad狠,x沈fo球rc偉e(油1)精,S遺ei內(nèi)sm蓬ic孕_x未,t疏xt！以指座定格龍式(7廣F1跨0.遠(yuǎn)5)從文煮件中田讀入疾數(shù)據(jù)(7趨F1持0.幟5)*V頸OP渣ER嘗,x直fo鞠rc架e(奏1)殺,x華fo惕rc帥e(孔1)店,M唉ul雙t,次9.犯8,日,惑,！對(duì)數(shù)挑組元駱?biāo)剡M(jìn)雖行乘薯法運(yùn)刊算7競Ap霉ri熊l槽20擔(dān)0814通用至有限家元程建序A鳳NS捉Y(jié)S孔及應(yīng)瘋用10襲.5繪瞬撫態(tài)地矛震響濫應(yīng)求慨解過章程（續(xù)）!!殊!!出!!時(shí)程扁分析疫命令擾流（滑續(xù)）!!滾!/S詢OL惕U!*AN益TY貝PE備,T跌RA助NS！進(jìn)行嗽瞬態(tài)控分析TR港NO穴PT貿(mào),F薄UL愉L！選擇完整立矩陣浙法!**d促im界,s拿hi劍ji廁an東,a沿rr瘋ay朵,e嚇nd咳po傳in率t！