midas梁?jiǎn)卧鍐卧皩?shí)體單元懸臂梁模型的建立及結(jié)構(gòu)分析

1、梁?jiǎn)卧?、板單元及?shí)體單元懸臂梁 北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司目 錄簡(jiǎn)要1設(shè)定操作環(huán)境1輸入材料和截面數(shù)據(jù)2定義材料2定義截面2定義厚度2建立懸臂梁模型3輸入梁?jiǎn)卧?輸入板單元4輸入實(shí)體單元5修改單元坐標(biāo)系6分割單元7輸入邊界條件8輸入荷載9運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析12查看分析結(jié)果13查看反力13查看變形和位移14查看內(nèi)力15查看應(yīng)力19 簡(jiǎn)要本例題介紹使用梁?jiǎn)卧鍐卧?、?shí)體單元來建立懸臂梁，并查看各種單元分析結(jié)果的方法。 模型如圖1所示，截面為長(zhǎng)方形(0.4m x 1m)，長(zhǎng)20m。 固定端梁?jiǎn)卧L(zhǎng) : 20m板單元0.4m材料 : C30實(shí)體單元1m圖1. 懸臂梁模型設(shè)定操作環(huán)境 打開新項(xiàng)目(新項(xiàng)目)，保存

2、(保存)為Cantilever. mcb。 文件 / 新項(xiàng)目 文件 / 保存 (懸臂梁 )單位體系做如下設(shè)置。 工具 / 單位體系長(zhǎng)度m ; 力tonf 輸入材料和截面數(shù)據(jù)定義材料模型 / 材料和截面特性 / 材料 類型混凝土 ; 規(guī)范GB-Civil(RC) ; 數(shù)據(jù)庫30 定義截面使用User Type，輸入實(shí)腹長(zhǎng)方形截面(0.4m 1m)。模型 /材料和截面特性 / 截面數(shù)據(jù)庫 / 用戶名稱SR ; 截面類型實(shí)腹長(zhǎng)方形截面 用戶 ; H ( 0.4 ) ; B ( 1 ) 定義厚度 對(duì)于面內(nèi)厚度和面外厚度的說明請(qǐng)參考在線幫助手冊(cè)。模型 / 材料和截面特性 / 厚度數(shù)值厚度號(hào) (1) ;

3、面內(nèi)和面外( 0.4 ) 圖2. 定義材料 圖3. 定義截面 圖4. 定義厚度建立懸臂梁模型輸入梁?jiǎn)卧褂?擴(kuò)展 功能建立梁?jiǎn)卧?標(biāo)準(zhǔn)視圖, 自動(dòng)對(duì)齊 (開), 單元號(hào) (開)模型 / 節(jié)點(diǎn) / 建立 坐標(biāo) ( 0, 0, 0 ) 模型 / 單元 / 擴(kuò)展單元 全選擴(kuò)展類型節(jié)點(diǎn)線單元 單元屬性單元類型梁材料1:30 ; 截面1 : SR ; Beta Angle ( 0 )生成形式復(fù)制和移動(dòng) ; 復(fù)制和移動(dòng)等間距 dx, dy, dz ( 20, 0, 0 ) ; 復(fù)制次數(shù) ( 1 ) 圖5. 輸入梁?jiǎn)卧斎氚鍐卧紫葘⒘簡(jiǎn)卧獜?fù)制到板單元的輸入位置后，通過 擴(kuò)展功能將梁?jiǎn)卧獢U(kuò)展成板單元。模型

4、 / 單元 / 復(fù)制和移動(dòng) 選擇最新建立的個(gè)體 形式復(fù)制 移動(dòng)和復(fù)制等間距 ; dx, dy, dz ( 0, 0.5, -2 )復(fù)制次數(shù) ( 1 ) 模型 / 單元 / 擴(kuò)展單元 選擇最新建立的個(gè)體 選擇刪除的話，復(fù)制的梁?jiǎn)卧粩U(kuò)展后會(huì)自動(dòng)被刪除。選擇移動(dòng)的話，該梁?jiǎn)卧獣?huì)移動(dòng)到生成的板單元的末端。 擴(kuò)展類型線單元平面單元 目標(biāo)移動(dòng) (on) 單元屬性單元類型板單元材料1:30 ; 厚度1 : 0.4生成形式復(fù)制和移動(dòng)復(fù)制和移動(dòng) 等間距 dx, dy, dz ( 0, -1, 0 ) ; 復(fù)制次數(shù) ( 1 ) 圖6. 利用復(fù)制的梁?jiǎn)卧鍐卧斎雽?shí)體單元使用同樣的方法，將板單元復(fù)制到實(shí)體單元

5、的輸入位置后，通過 擴(kuò)展功能將板單元擴(kuò)展成實(shí)體單元。模型 / 單元 / 復(fù)制和移動(dòng) 選擇最新建立的個(gè)體 模型復(fù)制 復(fù)制和移動(dòng)等間距 ; dx, dy, dz ( 0, 0, -1.5 )復(fù)制次數(shù) ( 1 ) 模型 / 單元 / 擴(kuò)展單元 選擇最近建立的個(gè)體 擴(kuò)展類型平面單元實(shí)體單元 目標(biāo)移動(dòng) (on)單元屬性單元類型實(shí)體材料1:30 生成類型復(fù)制和移動(dòng)復(fù)制和移動(dòng)等間距 dx, dy, dz ( 0, 0, -0.4 ) ; 復(fù)制次數(shù) ( 1 ) 圖7. 輸入實(shí)體單元模型 修改單元坐標(biāo)系單元的內(nèi)力是以相應(yīng)單元的單元坐標(biāo)系為準(zhǔn)輸出的，因此適當(dāng)?shù)刭x予單元坐標(biāo)系，可使查看結(jié)果變得更為方便 本例題中使用

6、 Change Element Parameters 功能將所有單元的坐標(biāo)系修改為統(tǒng)一的單元坐標(biāo)系。 顯示單元局部坐標(biāo)軸 (開)模型 / 單元 / 修改單元參數(shù) 全選參數(shù)類型修改單元坐標(biāo)軸模型參考單元( 1 ) 8 與參考單元對(duì)齊坐標(biāo)軸優(yōu)先順序1st (Loc-z);2nd (Loc-y) 修改前修改后圖8. 修改板單元和實(shí)體單元的單元坐標(biāo)系分割單元板單元和實(shí)體單元的大小會(huì)影響分析結(jié)果的精度。這里將板單元按單元坐標(biāo)系的x方向分割成20份，將實(shí)體單元按單元坐標(biāo)系的x,y方向分別分割成40份和2份。模型 / 單元 / 分割單元 單選 ( 單元 : 3 )分割單元類型平面 ; 等間距x方向分割數(shù)量

7、( 20 ) y方向分割數(shù)量 ( 1 ) 單選 ( 單元 : 5 )分割單元類型實(shí)體 ; 等間距x方向分割數(shù)量 ( 40 ) y方向分割數(shù)量 ( 2 ) z方向分割數(shù)量 ( 1 ) 顯示單元局部坐標(biāo)軸 (off)圖9. 被分割的板單元和實(shí)體單元 輸入邊界條件輸入各單元模型的邊界條件（固定端）。 模型 / 邊界條件/ 一般支撐 平面選擇 平面YZ 平面 ; X 坐標(biāo) (0) 8 實(shí)體單元沒有旋轉(zhuǎn)自由度，因此不需約束。但由于是和其他單元一同定義邊界條件，因此方便約束所有自由度。選擇添加支撐條件類型D-All (開), R-All (開) 圖10. 輸入懸臂梁的邊界條件輸入荷載對(duì)于梁?jiǎn)卧褂肊lem

8、ent Beam Loads功能，對(duì)于板單元和實(shí)體單元使用Pressure Loads功能按懸臂梁的重力方向(GCSZ軸)輸入1tonf/m的均布荷載。荷載工況1 : UL-Beam荷載工況2 : UL-Plate 荷載工況3 : UL-Solid 荷載/ 靜力荷載工況 名稱 ( UL-Beam ) ; 類型用戶定義的荷載名稱 ( UL-Plate ) ; 類型用戶定義的荷載名稱 ( UL-Solid ) ; 類型用戶定義的荷載圖11. 定義荷載工況使用Element Beam Loads功能輸入梁?jiǎn)卧木己奢d。 荷載 / 梁?jiǎn)卧奢d 單選 ( 單元 : 1 )荷載工況名稱UL-Beam 荷

9、載類型均布荷載方向整體坐標(biāo)系 Z ; 投影No ; 數(shù)值相對(duì)值x1 ( 0 ) ; x2 ( 1 ) ; w ( -1 ) 圖12. 梁?jiǎn)卧己奢d使用Pressure Loads功能輸入板單元的均布荷載。 荷載 / 壓力荷載 多邊形選擇 ( 單元 : 所有板單元)荷載工況名稱UL-Plate ; 選擇添加單元類型板平面應(yīng)力單元（面）壓力面選擇單元 方向整體坐標(biāo)系 Z ; 投影No荷載均布 ; P1 ( -1 ) 圖13. 輸入板單元的均布荷載使用Pressure Loads功能輸入實(shí)體單元的均布荷載。實(shí)體單元輸入壓力荷載時(shí)對(duì)于加載面可選擇以節(jié)點(diǎn)為準(zhǔn)和以單元為準(zhǔn)兩種方式，這里選擇以節(jié)點(diǎn)為準(zhǔn)選擇

10、加載面。荷載 / 壓力荷載 用鼠標(biāo)指定實(shí)體單元上端的任意節(jié)點(diǎn)，就會(huì)自動(dòng)輸入要選擇的平面的Z坐標(biāo)-3.5。 平面選擇 平面X-Y 平面 ; Z 坐標(biāo) (-3.5)8 荷載工況名稱UL-實(shí)體 ; 選擇添加 單元類型實(shí)體單元（面） 選擇加載方式時(shí)若選擇單元的話，需指定單元的加載面。在圖4左側(cè)的樹形菜單中，單元類型選擇實(shí)體單元后選擇要加載的單元的話，單元加載面就會(huì)按虛線顯示，若加載面不符，可通過變換壓力面#來調(diào)整。選擇節(jié)點(diǎn) ; 方向整體坐標(biāo)系 Z荷載均布 ; P1 ( -1 ) Selection的Element方式荷載加載面圖14. 輸入板單元的均布荷載運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析分析 / 運(yùn)行分析 查看分析結(jié)果

11、查看反力利用表格查看由不同單元構(gòu)成的懸臂梁在均布荷載作用下的反力。 結(jié)果 / 分析結(jié)果表格 / 反力記錄激活荷載工況/荷載組合UL-梁(ST) (開) ; UL-板(ST) (開) UL-實(shí)體(ST) (開) 圖15. 激活紀(jì)錄對(duì)話框 圖16. 反力結(jié)果表格 查看變形和位移 標(biāo)準(zhǔn)視圖結(jié)果 / 變形 / 變形形狀 荷載工況/荷載組合ST:UL-梁位移DXYZ ; 顯示類型變形前 (開) 荷載工況/荷載組合ST:UL-板 荷載工況/荷載組合ST:UL-實(shí)體 圖17. 查看最大位移單位 : m 各單元懸臂梁的最大位移(DZ)如表1所示。 梁?jiǎn)卧鍐卧獙?shí)體單元位移1.353 1.351 1.350 表

12、1. 各單元懸臂梁的最大位移查看內(nèi)力查看梁?jiǎn)卧獞冶哿旱膹澗亍?結(jié)果 / 內(nèi)力 / 梁?jiǎn)卧獌?nèi)力圖 內(nèi)力My顯示選項(xiàng)5 點(diǎn) (開) ; 線涂色 (開) ; 系數(shù) (1)顯示類型等值線圖 (開) ; 數(shù)值 (開) 圖例 (開) 輸出全部 圖18. 梁?jiǎn)卧悬c(diǎn)的彎矩 板單元內(nèi)力/彎矩提供板單元單位寬度內(nèi)的內(nèi)力。如果一個(gè)截面由幾個(gè)單元組成，則對(duì)于整個(gè)截面的內(nèi)力可利用局部方向內(nèi)力的合力功能查看。結(jié)果 / 內(nèi)力 / 板單元內(nèi)力/彎矩荷載工況/荷載組合ST:UL-板坐標(biāo)系單元 ; 節(jié)點(diǎn)平均值內(nèi)力Mxx 顯示類型等值線圖 (開), 圖例 (開) 圖19. 查看板單元懸臂梁的彎矩為查看實(shí)體單元懸臂梁中點(diǎn)(10m)

13、的彎矩，現(xiàn)只激活該部分以便查看。 正面 ; 初始畫面節(jié)點(diǎn)191的相關(guān)數(shù)據(jù)圖20. Model View的初始化 點(diǎn)擊 窗口選擇選擇圖20的，并將其激活。 查詢 / 查詢節(jié)點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)號(hào) ( 191 )8 窗口選擇 ( 單元 : 圖20的) 激活查詢節(jié)點(diǎn), 查詢單元是查詢節(jié)點(diǎn)和單元相關(guān)情況時(shí)所使用的功能。點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)或單元的輸入欄(圖20的)后，再點(diǎn)擊模型中的節(jié)點(diǎn)或單元的話，相應(yīng)節(jié)點(diǎn)或單元的情報(bào)就會(huì)在下面的信息窗口中顯示。也可在輸入欄直接輸入節(jié)點(diǎn)或單元的編號(hào)再按回車鍵。使用查詢節(jié)點(diǎn)的功能時(shí)，連續(xù)點(diǎn)擊兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的話，還提供這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)距離。 對(duì)于實(shí)體單元不另行輸出內(nèi)力，故需使用局部方向內(nèi)力的合力 功能

14、來查看整個(gè)截面的內(nèi)力。 下面查看彎矩。 結(jié)果 / 局部方向內(nèi)力的合力形式用多邊形選擇實(shí)體表面 ; 荷載工況ST:UL-實(shí)體輸入坐標(biāo)位置 ( 271, 191, 72, 152 )8 圖21. 實(shí)體單元懸臂梁的彎矩 在局部方向內(nèi)力的合力對(duì)話框查看彎矩(Mz)。在局部方向內(nèi)力的合力定義結(jié)果輸出位置時(shí)，節(jié)點(diǎn)指定的順序會(huì)決定計(jì)算內(nèi)力時(shí)所參照的坐標(biāo)系。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考在線幫助手冊(cè)。 用不同單元建立的懸臂梁彎矩的計(jì)算結(jié)果如表2所示。 單位 : tonf梁?jiǎn)卧鍐卧獙?shí)體單元彎矩- 50 - 50 - 50 表2. 各單元的彎矩查看應(yīng)力對(duì)于梁?jiǎn)卧墒褂昧簡(jiǎn)卧?xì)部分析功能查看應(yīng)力發(fā)生的詳細(xì)情況。 工具單位體系長(zhǎng)度

15、cm ; 力kgf 全部激活結(jié)果 / 梁?jiǎn)卧?xì)部分析荷載工況/荷載組合ST:UL-梁?jiǎn)卧?hào) ( 1 )8截面應(yīng)力Normal ; Fx (開), My (開), Mz (開) 拉應(yīng)力壓應(yīng)力圖22. 查看梁?jiǎn)卧獞?yīng)力 對(duì)于板單元查看整體坐標(biāo)系X方向上的應(yīng)力。 結(jié)果 /應(yīng)力 / 平面應(yīng)力/板應(yīng)力荷載工況/荷載組合ST:UL-板 選擇應(yīng)力坐標(biāo)系整體坐標(biāo)系 ; 節(jié)點(diǎn)的平均值 ; 頂面 應(yīng)力Sig-XX 顯示類型等值線圖 (開) ; 圖例 (開) 選擇兩面 顯示板厚度上的應(yīng)力分布圖23. 板單元懸臂梁的應(yīng)力 查看某特定節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)，可使用快速查詢 功能便利地查看。 查看實(shí)體單元懸臂梁整體坐標(biāo)系X方向上的應(yīng)力。 節(jié)點(diǎn)號(hào)(off)結(jié)果 / 應(yīng)力 / 實(shí)體應(yīng)力荷載工況/荷載組合ST:UL-實(shí)體 選擇應(yīng)力坐標(biāo)系整體坐標(biāo)系 ; 節(jié)點(diǎn)的平均值 應(yīng)力Sig-XX ; 顯示類型圖例 (開) 圖24. 實(shí)體單元懸臂梁上的應(yīng)力 對(duì)實(shí)體單元計(jì)算的應(yīng)力成分中，Sig-XX, Sig-YY, Sig-ZZ, Sig-XY, Sig-YZ, Sig-XZ是整體坐標(biāo)系各方向上的應(yīng)力。Sig-P1, Sig-P2, Sig-P3為各主應(yīng)力，其中Sig-Pmax為最大主應(yīng)力。另外還提供T