Ansys 第17例連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析實(shí)例—曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

1、第17例連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析實(shí)例曲柄滑塊機(jī)構(gòu)本例介紹了利用ANSYS對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的方法、步驟和過(guò)程，并使用解析解對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，著重介紹了曲柄滑決機(jī)構(gòu)模型的創(chuàng)建，以及約束的施加方法，介紹了三維鉸鏈單元COMBIN7的使用方法。17.1 概述本例用ANSYS的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析方法對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，分析過(guò)程與普通的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析基本相同，其關(guān)鍵在于對(duì)MPC184單元的創(chuàng)建，現(xiàn)在此簡(jiǎn)單介紹。MPC184為多點(diǎn)約束單元，可以用于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，以及用于模擬剛性桿、剛性梁、滑移、銷(xiāo)軸、萬(wàn)向接頭等約束，由KEYOPT(1)決定。當(dāng)KEYOPT (1) =6時(shí)，為銷(xiāo)軸單(MPC18

2、4-Revolute)。MPC184-Revolute單元有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)I和J，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度UX、UY、 UZ、ROTX、ROTY、ROTZ，支持大變形。在創(chuàng)建MPC184-Revolute單元時(shí)，要為單元指定REVOLUTE JOINT類(lèi)型的截面，在截面屬性中指定各節(jié)點(diǎn)的局部坐標(biāo)系。銷(xiāo)軸將在局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)處創(chuàng)建，轉(zhuǎn)軸由單元選項(xiàng)KEYOPT (4)確定，節(jié)點(diǎn)I和J應(yīng)該在被連接的單元上。提示：本分析必須將大變形選項(xiàng)打開(kāi)。17.2問(wèn)題描述及解析解圖17-1所示為一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)， 曲柄長(zhǎng)度R=250mm，連桿長(zhǎng)度L=620mm，偏距e=200mm，曲柄為原動(dòng)件，轉(zhuǎn)速為n1=30r/min，求滑

3、塊3的位移S3、速度V3和加速度a3隨時(shí)間的變化情況。根據(jù)機(jī)械原理的知識(shí)，該問(wèn)題的解析解十分復(fù)雜，使用不太方便。本例用圖解法解決問(wèn)題，由于過(guò)程比較煩瑣，而且只是為了驗(yàn)證有限元解的正確性，所以關(guān)于滑塊3的位移S3、速度V3和加速度a3隨時(shí)間，變化情況的圖形沒(méi)有必要給出。在這里只求解了以下數(shù)據(jù)：滑塊的行程H=535.41mm。圖17-1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的極位夾角為=19.43°，于是機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)為K=180°+180°-=1.242由于機(jī)構(gòu)一個(gè)工作循環(huán)周期為T(mén)=60n1=2s，所以機(jī)構(gòu)工作行程經(jīng)歷的時(shí)間為T(mén)1=KK+1T=1.108s空回行程經(jīng)歷的時(shí)間為T(mén)2=T

4、-T1=0.892s17.3分析步驟17.3.1改變?nèi)蝿?wù)名拾取菜單Utility MenuChange Jobname，彈出如圖17-2所示的對(duì)話框，在“/FILNAM”文本框中輸入EXAMPLE17，單擊“OK”按鈕。圖17-2改變?nèi)蝿?wù)名對(duì)話框17.3.2 定義參量拾取菜單Utility MenuParametersScalar Parameters，彈出如圖17-3所示的對(duì)話框， 在“Selection”文本框中輸入P1=3.1415926， 單擊“Accept”按鈕； 再在“Selection”文本框中依次輸入R=0.25（曲柄長(zhǎng)度），L=0.62（連桿長(zhǎng)度），E=0.2（偏距），OMG

5、Al=30（曲柄轉(zhuǎn)速），T=6/OMGA1（曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需的時(shí)間，單位為S），F(xiàn)I0=ASIN(E/(R+L), AX=0, AY=0(鉸鏈 A坐標(biāo)), BX=R*COS(FI0), BY=-R*SIN(FI0)（鉸鏈B坐標(biāo)），CX=(R+L)*COS(FI0)，CY=-E（鉸鏈C坐標(biāo)）， 同時(shí)單擊“Accept”按鈕，最后單擊如圖17-3所示對(duì)話框中的“Close”按鈕。17.3.3選擇單元類(lèi)型拾取菜單Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，彈出如圖17-4所示的對(duì)話框，單擊“Add”按鈕，彈出如圖17-5所示的對(duì)話框，在左側(cè)列表中

6、選“Constraint”，在右側(cè)列表中選“Nonlinear MPC 184”，單擊“Apply”按鈕，再在左側(cè)列表中選“Structural Beam”，在右側(cè)列表中選“2 node 188”，單擊“OK”按鈕，返回到如圖17-4所示的對(duì)話框，在列表中選擇“Type 1 MPC184”，單擊“Options”按鈕，彈出如圖17-6所示的對(duì)話框，選擇“K1”為“Revolute”（銷(xiāo)軸單元），單擊“Ok”按鈕，彈出如圖l7-7所示的對(duì)話框，選擇“K4”為“Z-axis revolute”（轉(zhuǎn)軸方向）， 單擊 “Ok”按鈕，最后單擊如圖17-4所示對(duì)話框中的“Close”按鈕。圖17-3參量對(duì)

7、話框圖17-4單元類(lèi)型對(duì)話框圖17-5單元類(lèi)型庫(kù)對(duì)話框圖17-6單元選項(xiàng)對(duì)話框圖17-7單元選項(xiàng)對(duì)話框17.3.4定義村料模型拾取菜單Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models，彈出如圖17-8所示的對(duì)話框，在右側(cè)列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，彈出如圖17-9所示的對(duì)話框，在“EX”文本框中輸入2e11（彈性模量），在“PRXY”文本框中輸入0.3（泊松比）， 單擊“OK”按鈕；再拾取如圖17-8所示對(duì)話框右側(cè)列表中，Structural”下的“Density”，彈

8、出如圖17-10所示的對(duì)話框，在“DENS”文本框中輸入；le-14（密度，近似為0，即不考慮各桿的慣性力），單擊“OK”按鈕，然后關(guān)閉如圖17-8所示的對(duì)話框。圖17-8材料模型對(duì)話框圖17-9材料特性對(duì)話框圖17-10定義密度對(duì)話框17.3.5 創(chuàng)建局部坐標(biāo)系拾取菜單 Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CS At Specified Loc，彈出如圖17-11所示的拾取窗口，在文本框中輸入BX，BY，單擊“OK”按鈕，單擊如圖17-12所示對(duì)話框中“OK”按鈕。于是創(chuàng)建了一個(gè)編號(hào)為11，類(lèi)型為直角坐標(biāo)系，原點(diǎn)在

9、(BX，BY,O)的局部坐標(biāo)系，并激活其成為當(dāng)前坐標(biāo)系。圖17-11拾取窗口圖17-12創(chuàng)建局部坐標(biāo)系對(duì)話框17.3.6定義銷(xiāo)軸單元的截面拾取菜單Main MenuPreprocessorSectionsJointsAdd/Edit，彈出如圖17-13所示的對(duì)話框，選擇“Define Sub Type for Joint Section Type”為“Revolute”（銷(xiāo)軸截面），選擇局部坐標(biāo)系為“At Node I”、“At Node J，均為“11”，單擊“OK”按鈕。圖17-13定義銷(xiāo)軸單元截面對(duì)話框17.3.7 定文梁?jiǎn)卧慕孛媸叭〔藛蜯ain MenuPreprocessorSec

10、tionsBeamCommon Sections，彈出如圖17-14所示的對(duì)話框，在“ID”文本框中輸入2，選擇“Sub-Type”為“”（橫截面形狀），在“R”文本框中輸入0.01， 單擊“OK”按鈕。17.3.8 激活全局直角坐標(biāo)系拾取菜單 Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cartesian.17.3.9創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreateNodesIn Active CS，彈出如圖17-15所示的對(duì)話框，在“NODE”文本框中輸入1，在“x，Y,Z”文本框中分別輸入AX，AY,

11、 0，單擊“Apply”按鈕；再在“NODE”文本框中輸入2，在“X，Y,Z”文本框中分別輸入BX，BY, 0，單擊“Apply”按鈕；再在“NODE”文本框中輸入3，在“x，Y，Z”文本框中分別輸入BX, BY, O，單擊“Apply”按鈕；再在“NODE”文本框中輸入4，在“X，Y，Z”文本框中分別輸入CX，CY, 0，單擊“OK”按鈕。圖17-14定義梁?jiǎn)卧孛鎸?duì)話框圖17-15創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)對(duì)話框17.3.10指定單元屬性拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsElem Attributes,彈出如圖17-16所示的對(duì)話框，選擇下拉列表框

12、“TYPE”為“1 MPC184”，選擇下拉列表框“MAT”為“1”，選擇下拉列表框“SECNUM”為“1”，單擊“OK”按鈕。圖17-16單元屬性對(duì)話框17.3.11創(chuàng)建銷(xiāo)軸單元拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru Nodes，彈出拾取窗口，在拾取窗口的文本框中輸入2，3，單擊“OK”按鈕，于是在節(jié)點(diǎn)2和3處（即召點(diǎn)）創(chuàng)建了一個(gè)MPC184-Revolute銷(xiāo)軸單元。17.3.12指定單元屬性 拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreated ElementsElem

13、Attributes,彈出如圖17-16所示的對(duì)話框，選擇下拉列表框“TYPE”為“2 BEAM188”，選擇下拉列表框“MAT”為“1”，選擇下拉列表框“SECNUM”為“2"，單擊“OK”按鈕。17.3.13創(chuàng)建梁?jiǎn)卧?，用釆模擬各個(gè)稈 拾取菜單 Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru Nodes，彈出拾取窗口，在拾取窗口的文本框中輸入1，2，單擊“Apply”按鈕；再在拾取窗口的文本框中輸入3，4，單擊“OK”按鈕。于是創(chuàng)建了兩個(gè)梁?jiǎn)卧鼈冇葿點(diǎn)處銷(xiāo)軸單元連接。17.3.14指定分析類(lèi)型 拾取菜單

14、Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，在所彈出的“New analysis "對(duì)話框中，選擇“Type of analysis"為“Transient”，單擊“OK”按鈕，在隨后彈出的“Transient analysis”對(duì)話框中，單擊“OK”按鈕。17.3.15 打開(kāi)大變形選項(xiàng) 拾取菜單Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls-Basic，彈出如圖17-17所示的對(duì)話框，選擇“Analysis Options”為“Large Displacement Transient”， 單

15、擊“OK”按鈕。17.3.16 確定載荷步時(shí)間和時(shí)間步長(zhǎng)拾取菜單Main MenuSolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime Time Step,彈出如圖17-18所示的對(duì)話框，在“TIME”文本框中輸入T，在“DELTIM time step size”文本框中輸入T/25，選擇“KBC”為“Ramped”，單擊“OK”按鈕。提示：如果該菜單項(xiàng)未顯示在界面上，可以拾取菜單Main MenuSolutionUnabridged Menu，以顯示Main Menu斗Solution下的所有菜單項(xiàng)。圖17-17求解控制對(duì)話框17.3.1 7 確定數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)果文件

16、中所包含的內(nèi)容拾取菜單Main MenuSolutionLoad Step OptsOutput CtrlsDB/Results File，彈出如圖17-19所示的對(duì)話框，選擇下拉列表框“Item”為“Basic quantities”，選中“Every substep”，單擊“OK”按鈕。圖17-18確定載荷步時(shí)間和時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)話框圖17-19數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)果文件控制對(duì)話框17.3.18設(shè)定非線性分析的收斂值拾取菜單Main MenuSolutionLoad Step OptsNonlinearConvergence Crit，彈出如圖17-20所示的對(duì)話框，單擊“Replace”按鈕，彈出如圖1

17、7-21所示的對(duì)話框，在“Lab”右側(cè)兩個(gè)列表中分別選擇“Structural”和“Force F”， 在“VALUE”文本框中輸入1，在“TOLER”文本框中輸入0.1，單擊“OK”按鈕。返回到如圖17-20所示的對(duì)話框，單擊“Add”按鈕，再次彈出如圖17-21所示的對(duì)話框，在“Lab”右側(cè)兩個(gè)列表中分別選擇“Structural”和“Moment M”，在“VALUE”文本框中輸入1，在“TOLER”文本框中輸入0.1，單擊“OK”按鈕。最后單擊如圖17-20所示對(duì)話框中的“Close”按鈕。圖17-20非線性收斂標(biāo)準(zhǔn)對(duì)話框圖17-21非線性收斂標(biāo)準(zhǔn)定義對(duì)話框17.3.19 施加約束 拾

18、取菜單Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes，彈出拾取窗口，拾取節(jié)點(diǎn)1，單擊“OK”按鈕，彈出如圖17-22所示的對(duì)話框，在Lab2”列表中選擇“UX”、“UY”、“UZ”、“ROTX”、“ROTY "，單擊“Apply”按鈕；再次彈出拾取窗口，拾取節(jié)點(diǎn)1，單擊“OK”按鈕，再次彈出如圖17-22所示的對(duì)話框，在“Lab2”列表中選擇“ROTZ”，在“VALUE”文本框中輸入2*PI，單擊“Apply”按鈕；再次彈出拾取窗口，拾取節(jié)點(diǎn)4，單擊“OK”按鈕，再次彈出如圖17-22所示的對(duì)話框，在“

19、Lab2”列表中選擇“UY”，在“VALUE”文本框中輸入0，單擊“OK”按鈕。圖17-22在節(jié)點(diǎn)上施加約束對(duì)話框17.3.20求解 拾取菜單Main MenuSolution Solve Current LS，單擊“Solve Current Load Step，對(duì)話框中的“OK”按鈕。當(dāng)出現(xiàn)“Solution is done!”提示時(shí)，求解結(jié)束。從下一步開(kāi)始，進(jìn)行結(jié)果的查看。17.3.21定義變量拾取菜單Main MenuTimeHist PostproDefine Variables，彈出如圖17-23所示的對(duì)話框，單擊“Add”按鈕，彈出如圖17-24所示的對(duì)話框，選擇“Type of

20、 variable”為“Nodal DOF result”，單擊“OK”按鈕，彈出拾取窗口，拾取節(jié)點(diǎn)4， 單擊“OK”按鈕，彈出如圖17-25所示的對(duì)話框，在右側(cè)列表中選擇“UX”，單擊“OK”按鈕，返回到如圖17-23所示的對(duì)話框，單擊“Close”按鈕。于是定義了一個(gè)變量2，它表示滑塊的位移S3。圖17-23定義變量對(duì)話框圖17-24變量類(lèi)型對(duì)話框圖17-25定義數(shù)據(jù)類(lèi)型對(duì)話框17.3.22對(duì)變量進(jìn)行數(shù)學(xué)操作 把變量2對(duì)時(shí)間t微分，得到滑塊的速度V3；把速度V3對(duì)時(shí)間t微分，得到滑塊的加速度a3。拾取菜單Main MenuTimeHist PostproMath OperationsDer

21、ivative，彈出如圖17-26所示的對(duì)話框，在“IR”文本框中輸入3，在“JY”文本框中輸入2，在“IX”文本框中輸入1，單擊“Apply”按鈕；再次彈出如圖17-26所示的對(duì)話框，在“IR”文本框中輸入4，在，“IY”文本框中輸入3，在“”文本框中輸入1，單擊”O(jiān)K“按鈕。圖17-26對(duì)變量微分對(duì)話框 經(jīng)過(guò)以上操作，得到兩個(gè)新的變量3和4。其中，變量3是變量2對(duì)變量1的微分，而變量2是位移S3，變量1是時(shí)間，（系統(tǒng)設(shè)定），所以變量3就是角速度v3；同樣可知，變4就是角加速度a3。17.3.23用曲線圖顯示位移、速度和加速度 拾取菜單Main MenuTimeHist PostproGra

22、ph Variables，彈出如圖17-27所示的對(duì)話框，在“NVAR1”文本框中輸入2，單擊"OK”按鈕，結(jié)果如圖17-28所示。再重復(fù)執(zhí)行兩次以上命令， 在所彈出對(duì)話框的“NVAR1”文本框中分別輸入3和4， 單擊“OK”按鈕，結(jié)果如圖17-29和圖17-30所示。圖17-27選項(xiàng)顯示變量對(duì)話框圖17-28位移曲線圖17-29速度曲線圖17-30加速度曲線17.3.24列表顯示角位移和角速度拾取菜單Main MenuTimeHist PostproList Variables，在所彈出對(duì)話框的“NVAR1”和“NVAR2”文本框中分別輸入2和3，單擊“OK”按鈕。在所得到的列表中

23、可以看到變：2即位移S3絕對(duì)值的最大值為0.535283，此值即滑塊的行程H，該值對(duì)應(yīng)的時(shí)間為0.88000s，此值即空回行程所經(jīng)歷的時(shí)間。對(duì)比由機(jī)械原理圖解法所得到的結(jié)果，可以看出有限元解是正確的，而且具有相當(dāng)高的精度。第18例譜分析實(shí)例叫地震譜作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析 本例介紹了利用ANSYS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行單點(diǎn)響應(yīng)譜分析的方法、步驟和過(guò)程。18.1概述18.1.1譜分析的基本概念譜分析是一種將模態(tài)分析結(jié)果和已知譜聯(lián)系起來(lái)的、計(jì)算結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力的分析方法，主要用于確定結(jié)構(gòu)對(duì)隨機(jī)載荷或時(shí)間變化載荷（如地震載荷）的動(dòng)力響應(yīng)。譜是譜值和頻率的關(guān)系曲線，它反映了時(shí)間-歷程載荷的強(qiáng)度和頻率之間的關(guān)系。1.譜分

24、析的類(lèi)型(1)響應(yīng)譜。響應(yīng)譜是系統(tǒng)對(duì)一個(gè)時(shí)間-歷程載荷函數(shù)的響應(yīng)，是一個(gè)響應(yīng)和頻率的關(guān)系曲線，其中響應(yīng)可以是位移、速度、加速度和力等，響應(yīng)譜分為單點(diǎn)響應(yīng)譜( SPRS)和多點(diǎn)響應(yīng)譜(MPRS)。單點(diǎn)響應(yīng)譜是指在模型的一個(gè)點(diǎn)集上定義一條響應(yīng)譜，例如，在如圖18-1 (a)所示結(jié)構(gòu)的所有支持點(diǎn)處；后者指在模型的多個(gè)點(diǎn)集上定義多條響應(yīng)譜(圖18-1 (b)。圖18-1 響應(yīng)譜(2)動(dòng)力設(shè)計(jì)分析方法(DDAM)。應(yīng)用一系列經(jīng)驗(yàn)公式和振動(dòng)設(shè)計(jì)表所得到的譜來(lái)分析系統(tǒng)。(3)隨機(jī)振動(dòng)分析(PSD)，又稱(chēng)做功率譜密度分析，用于隨機(jī)振動(dòng)分析，以得到系統(tǒng)的功率譜密度與頻率的關(guān)系曲線。2.進(jìn)行譜分析應(yīng)滿足的條件(1

25、)譜分析是線性分析，非線性特性將被忽略。(2)對(duì)單點(diǎn)響應(yīng)譜和動(dòng)力設(shè)計(jì)分析方法，結(jié)構(gòu)應(yīng)被已知方向和已知頻率分量的譜激勵(lì)，并且該激勵(lì)同時(shí)發(fā)生在所有支持點(diǎn)（地震譜）或者在非支持點(diǎn)的主自由度上。因此，要求結(jié)構(gòu)在所有支持點(diǎn)被激勵(lì)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)必須相同。18.1.2單點(diǎn)響應(yīng)譜分析步驟1創(chuàng)建有限元模型該步驟與其他分析類(lèi)型相同。需要注意的是：不能使用非線性單元和非材料特性；必須定義材料的彈性模量（或剛度）和密度DENS。2進(jìn)行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型該步驟與普通的模態(tài)分析過(guò)程基本相同。需要注意的是：可以使用的模態(tài)提取方法有l(wèi)ock Lanczos法、PCG Lanczos法、Supemode法或Red

26、uced法等；如果用菜單法執(zhí)行命令進(jìn)行分析，不要同時(shí)進(jìn)行模態(tài)擴(kuò)展；材料的阻尼必須在模態(tài)分析時(shí)定義；必須在施加激勵(lì)譜的置施加位移約束。求解模態(tài)分析后，退出求解器。3.進(jìn)行譜分析該步驟包括指定分析類(lèi)型、設(shè)置分析選項(xiàng)、定義載荷及求解設(shè)置等。具體分析步驟如下：指定分析類(lèi)型：Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，選擇Spectrum。指定譜分析類(lèi)型及選項(xiàng)：Main MenuSolutionAnalysis TypeAnalysis Options，選擇、Single-pt resp進(jìn)行單點(diǎn)響應(yīng)譜分析。指定激勵(lì)譜的類(lèi)型和激勵(lì)方向：Main MenuSolut

27、ionLoad Step OptsSpectrumSingle PointSettings，激勵(lì)譜的類(lèi)型( SVTYP)可以是位移譜(Seismic Displac)、速度譜（Seismic Velocity）、加速度譜( Seismic Accel)及力譜（Force Spectrum）等：激勵(lì)方向(SED)從全局原點(diǎn)指向所定義的點(diǎn)。 設(shè)置系列激勵(lì)頻率和譜之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：Main MenuSolutionLoad Step OptsSpectrumSingle PointFreq Table和Spectr Values，首先定義頻率系列，然后定義相應(yīng)譜值，頻率系列必須按升序排列。 求解: M

28、ain MenuSolution-SolveCurrent LS。 4擴(kuò)展模態(tài)該步驟與普通的模態(tài)分析擴(kuò)展模態(tài)過(guò)程沒(méi)有差別。5組合各階模態(tài)響應(yīng)譜結(jié)構(gòu)對(duì)激勵(lì)總的響應(yīng)是各階模態(tài)響應(yīng)的疊加，激勵(lì)總響應(yīng)的最大值一般由各階模態(tài)響應(yīng)的最大值組合得到。由于各階模態(tài)響應(yīng)的最大值不會(huì)在同一時(shí)刻出現(xiàn)，所以不能將各階模態(tài)響應(yīng)直接求和。ANSYS提供了多種組合方法，其中以SRSS方法應(yīng)用最普遍，該方法先求各階模態(tài)響應(yīng)最大值的平方和，再求平方根作為總響應(yīng)的最大值。指定組合方法及選項(xiàng)：Main MenuSolutionLoad Step OptsSpectrumSingle PointMode Combine。設(shè)置模態(tài)組合

29、重要性因子SIGNIF，控制重要性小于該值的模態(tài)不進(jìn)行組合。 6查看結(jié)果 位移解為相對(duì)位移。18.2 問(wèn)題描述及解析解 圖18-1所示為一鋼制板梁結(jié)構(gòu)，計(jì)算其在高度方向地震譜作用下的響應(yīng)。結(jié)構(gòu)尺寸a=0.5m、b=0.5m、h=0.3m，板厚度為5mm，梁橫截面邊長(zhǎng)為10mm的正方形。地震譜如表18-1所示。 表18-1 地震譜頻率Hz50100240380位移mm10.50.80.718.3分析步驟1 8.3.1改變?nèi)蝿?wù)名拾取菜單Utility MenuFileChange Jobname，彈出如圖18-2所示的對(duì)話框，在“/FILNAM”文本框中輸入EXAMPLE18，單擊“OK”按鈕。圖

30、18-2改變?nèi)蝿?wù)名對(duì)話框18.3.2 選擇單元類(lèi)型拾取菜單Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，彈出如圖18-3所示的對(duì)話框，單擊“Add”按鈕，彈出如圖18·4所示的對(duì)話框，在左側(cè)列表中選“Structural Shell”，在右側(cè)列表中選“3D 4node 181”，單擊“Apply”按鈕，再在左側(cè)列表中選“Structural Beam”，在右側(cè)列表中選“2 node 188”，單擊“OK”按鈕，單擊如圖l8-3所示對(duì)話框中的“Close”按鈕。圖18-3單元類(lèi)型對(duì)話框圖18-4單元類(lèi)型庫(kù)對(duì)話框18.3.3定義村料模型

31、拾取菜單Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models,彈出如圖18-5所示的對(duì)話框，在右側(cè)列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“l(fā)sotropic”，彈出如圖18-6所示的對(duì)話框，在“EX”文本框中輸入2e11（彈性模量），在“PRXY”文本框“中輸入0.3（泊松比），單擊“OK”按鈕：再拾取如圖18-5所示對(duì)話框的右側(cè)列表中“Structural”下的“Density”，彈出如圖18-7所示的對(duì)話框，在“DENS”文本框中輸入7800 (密度)，單擊"OK”按鈕，然后關(guān)閉如圖18-5所

32、示的對(duì)話框。圖18-5材料模型對(duì)話框圖18-6材料特性對(duì)話框圖18-7定義密度對(duì)話框1 8.3.4定義殼單元的截面拾取菜單Main MenuPreprocessorSectionsShellLay-upAdd/Edit，彈出如圖18-8所示的對(duì)話框，在“Thickness”文本框中輸入0.005（殼厚度），單擊“OK”按鈕。圖18-8創(chuàng)建殼截面圖18-9創(chuàng)建梁截面18.3.5定文梁?jiǎn)卧慕孛媸叭〔藛蜯ain MenuPreprocessorSectionsBeamCommon Sections，彈出如圖18-9所示的對(duì)話框，在“ID”文本框中輸入2，選擇“Sub-Type”為“”（橫截面形狀）

33、，在“B”文本框中輸入0.01，在“H”文本框中輸入0.01，單擊“OK”按鈕。18.3.6創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS，彈出如圖18-10所示的對(duì)話框，在“NPT”文本框中輸入1，在“X，Y，Z”文本框中分別輸入0，0，0， 單擊“Apply”按鈕；再在“NPT”文本框中輸入2，在“X，Y，Z”文本框中分別輸入0.5，0，0，單擊“Apply”按鈕；再在“NPT”文本框中輸入3，在“X，Y，Z”文本框中分分分別輸入0.5，0，0.5，單擊“Apply”按鈕；再在“NPT”文本框中輸入4，在“

34、X，Y，Z”文本框中分別輸入0，0，0.5，單擊“OK”按鈕。圖18-10創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)話框18.3.7復(fù)制關(guān)鍵點(diǎn)拾取菜單Main MenuPreprocessorModeling-CopyKeypoints，彈出拾取窗口，單擊“Pick All”按鈕；隨后彈出如圖18-11所示的對(duì)話框，在“DY”文本框中輸入“0.3”，單擊“OK”按鈕。圖18-11復(fù)制關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)話框18.3.8改變視點(diǎn)拾取菜單Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate，在所彈出的對(duì)話框中，單擊“Iso”按鈕，或者單擊圖形窗口右側(cè)顯示控制工具條上的 按鈕。18.3.9顯示關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)、線號(hào)拾取菜單Uti

35、lity MenuPlotCtrlsNumbering，彈出如圖18-12所示的對(duì)話框，將關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)和線號(hào)打開(kāi)，單擊“OK”按鈕。圖18-12圖號(hào)控制對(duì)話框18.3.10由關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)建面拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreate AreasArbitraryThrough KPs，彈出拾取窗口，依次拾取關(guān)鍵點(diǎn)5、6、7、8，單擊"OK“按鈕。18.3.11創(chuàng)建直線拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesdLinesStraight Line,彈出拾取窗口，分別在關(guān)鍵點(diǎn)1和5、2和6、3和7、4和8之間創(chuàng)建

36、直線，單擊“OK”按鈕。18.3.12劃分單元拾取菜單Main MenuPreprocessoMeshingMeshTool，彈出如圖18-13所示的對(duì)話框，本步驟操作均在該對(duì)話框下進(jìn)行。選擇“Element Attributes”的下拉列表框?yàn)椤癆reas”，單擊下拉列表框后面的“Set”按鈕，彈出拾取窗口，選擇面，單擊拾取窗口中的“OK”按鈕，彈出如圖18-14所示的對(duì)話框，選擇“TYPE”下拉列表框?yàn)? SHELL181，選擇“SECT”下拉列表框?yàn)?（單元截面），單擊“OK”按鈕。選擇“Element Attributes”的下拉列表框?yàn)椤癓ines”，單擊下拉列表框后面的“Set”按

37、鈕，彈出拾取窗口，選擇線5、6、7、8，單擊拾取窗口中的" OK”按鈕，彈出“Line Attributes”對(duì)話框，選擇“TYPE”下拉列表框?yàn)? BEAM188，選擇“SECT”下拉列表框?yàn)?，單擊“OK”按鈕。單擊“Size Controls”區(qū)域中“Global”后面的“Set”按鈕，彈出如圖18-15所示對(duì)話框，在“SIZE”文本框中輸入0.05，單擊“OK”按鈕；在如圖18-13所示對(duì)話框的“Mesh”區(qū)域，選擇實(shí)體類(lèi)型為“Areas”，單擊“Mesh”按鈕，彈出拾取窗口，拾取面，單擊“OK”按鈕；在“Mesh”區(qū)域，選擇實(shí)體類(lèi)型為“Lines”，單擊“Mesh”按鈕，彈

38、出拾取窗口，拾取線5、6、7、8，單擊“OK”按鈕。圖18-13劃分單元對(duì)話框圖18-14面屬性對(duì)話框圖18-15總體單元尺寸對(duì)話框以下開(kāi)始模態(tài)分析。18.3.13指定分析類(lèi)型拾取菜單Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，彈出如圖18-16所示的對(duì)話框，選擇“Type of analysis”為“Modal”，單擊“OK”按鈕。18.3.14指定分析選項(xiàng)拾取菜單Main MenuSolutionAnalysis TypeAnalysis Options，彈出如圖18-17所示的對(duì)話框，選擇“Mode extraction method”（模態(tài)提取

39、方法）為Block Lanczos，在“'No，of modes to extract”文本框中輸入10，單擊“OK”按鈕，彈出“Block Lanczos Method”對(duì)話框，單擊“OK”按鈕。圖18-16指定分析類(lèi)型對(duì)話框圖18-17模態(tài)分析選項(xiàng)對(duì)話框18.3.15選擇支持點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn) 拾取菜單Utility MenuSelectEntities，彈出如圖18-18所示的對(duì)話框，在各下拉列表框、文本框、單選按鈕中依次選擇或輸入“Nodes”、“By Location”、“Y coordinates”、“0”、“From Full”，單擊"OK”按鈕。1 8.3.16施加約

40、束拾取菜單Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes，彈出拾取窗口，單擊“Pick All”按鈕，彈出如圖18-19所示的對(duì)話框，在“Lab2”列表中選擇“All DOF”，單擊“OK”按鈕。18.3.17選擇所有拾取菜單Utility Menu* Select- Everything。圖18-18選擇實(shí)體對(duì)話框圖18-19在節(jié)點(diǎn)上施加約束對(duì)話框1 8.3.18求解拾取菜單Main MenuSolutionSolveCurrent LS，單擊“Solve Current Load Step "對(duì)話框

41、中的"OK”按鈕。當(dāng)出現(xiàn)“Solution is done!”提示時(shí)，求解結(jié)束。1 8.3.19退出求解器拾取菜單Main MenuFinish。以下開(kāi)始譜分析。18.3.20指定分析類(lèi)型拾取菜單Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，彈出如圖18-16所示的對(duì)話框，選擇“Type of analysis”為“Spectrum”，單擊“OK”按鈕。18.3.21指定分析選項(xiàng)拾取菜單Main MenuSolutionAnalysis TypeAnalysis Options，彈出如圖18-20所示的對(duì)話框，選擇“Sptype”為Single

42、-pt resp（單點(diǎn)響應(yīng)譜），在"Noof modes for solu”文本框中輸入10（參與計(jì)算的模態(tài)數(shù)），單擊“OK”按鈕。圖18-20譜分析選項(xiàng)對(duì)話框18.3.22指定激勵(lì)譜類(lèi)型和激勵(lì)方向拾取菜單 Main MenuSolutionLoad Step OptsSpectrumSingle PointSettings,彈出如圖18-21所示的對(duì)話框，選擇“SVTYP”為Seismic displac（位移譜），在“SEDX，SEDY, SEDZ”文本框中分別輸入0，1，0，單擊“OK”按鈕。圖18-21單點(diǎn)響應(yīng)譜設(shè)置對(duì)話框18.3.23定義激勵(lì)譜頻率拾取菜單Main Menu

43、SolutionLoad Step OptsSpectrumSingle PointFreq Table,彈出如圖18-22所示的對(duì)話框，在“FREQ1，F(xiàn)REQ2，F(xiàn)REQ3，F(xiàn)REQ4”文本框中分別輸入50，100，240，380，單擊“OK”按鈕。18.3.24 定義激勵(lì)譜值 拾取菜單Main MenuSolutionLoad Step OptsSpectrumSingle PointSpectr Values，彈出如圖18-23所示的對(duì)話框，在“Damping ratio for this curve”文本框中輸入1，單擊“OK”按鈕，彈出如圖18-24所示的對(duì)話框，在“SV1，SV2，SV3，SV4”文本框中分別輸入1E-3，0.5E-3，0.8E-3，0.7E-3，單擊“OK”按鈕。圖18-22頻率表對(duì)話框圖18-23組尼比率對(duì)話框圖18-24譜值對(duì)話框18.3.25求解拾取菜單Main MenuSolutionSolveCurrent LS，單擊“Solve Current Load Step"對(duì)話框中的“OK”按鈕，當(dāng)出現(xiàn)“Solution is done!”提示時(shí)，求解結(jié)束。18.3.26退出求解器 拾取菜單Main MenuFinish。 以下進(jìn)行模態(tài)擴(kuò)展。1 8.3