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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(zhǎng)）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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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：?jiǎn)卧悇e：E1,BEAM4,!框架柱單元E2,BEAM4,!

外環(huán)梁?jiǎn)卧狤3,BEAM4,!樓面梁?jiǎn)卧狤4,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?jiǎn)卧猂3,E3,BEAM4,!樓面梁?jiǎn)卧猂4,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)。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.自3模態(tài)霞分析源求解典過程（續(xù)戴）!*/SO體LU遭TI展ONAN扁TY晃PE限,雙MO梢DA傲L！進(jìn)行無模態(tài)泥分析MO搖DO尊PT攤,L鏡AN也B,拼20細(xì),0寒,0較,淚,O釋FF！選擇桐模態(tài)曉分析喝方法脖、模預(yù)態(tài)提捐取數(shù)MX縣PA墻ND庫(kù),0筋,燈,殘,0！選擇臘模態(tài)朱擴(kuò)展亡數(shù)LU撇MP秋M,議0！選擇命質(zhì)量蕩陣形屯式為一致垃質(zhì)量改陣PS址TR縣ES束,0！關(guān)閉詢預(yù)應(yīng)日力選糞項(xiàng)開聯(lián)關(guān)SO內(nèi)LV愚E！求解寇模態(tài)FI聽NI每SH7駁Ap銅ri割l亦20期0512通用線有限蒙元程打序A右NS吩YS餅及應(yīng)竄用9.廁4譜分以析法求解超過程!*/SO真LU走TI尸ONAN馬TY陵P(guān)E已,8SP例OP晌T,康SP作RS待,2跌0,觀1??！手！譜分本析法瞧，取挺2段0累個(gè)模悄態(tài)計(jì)赤算!!別!!輸入鄉(xiāng)豐加速喂度譜走值SV辜TY資P,睡2,抗9.稈8,！！乖！輸入歪加速局度譜恩，以癢重力閑加速航度g為輸歇入單征位SE捉D,借1,漿0,錦0,??！增！定義X軸方廟向?yàn)榈卣鹦斎胄斗较騌O剛CK召,0耽,0限,0肺,0佳,0應(yīng),0員,!*FR旱EQ嬸,偵0.弄11凡11質(zhì)11構(gòu),盯0.聾12賽50譽(yù)00昂,領(lǐng)0.連14芒28散57顛,食0.棒16綁66猶67倉(cāng),非0.釀20年00翼00FR繡EQ淡,霧0.瓦22魯22起22沙,金0.有25悼00僅00庫(kù),曲0.檔28妥57畜14首,舟0.兩33拉33涌33似,將0.賤40腐00響00FR春EQ移,屋0.莊50全00古00拜,沙0.及55出55章56還,催0.察62張50喝00沈,闖0.否71匹42低86首,母0.票83泛33丑33FR優(yōu)EQ泉,藏1.稼00介00消00舍,顫1.寬11繁11勵(lì)11今,鈴10撲.0軋00走00驗(yàn),眉50勵(lì).0朽00續(xù)00!*SV念,薦0.瞞05借,太0.北11女59洗40伶E-周01愁,歡0.甚13愧19恐40丈E-凳01非,偵0.廈14晉79王40始E-壟01掃,容0.胖16公39悶40暴E-估01弦,威0.腥17之99閃40喉E-淘01SV齊,腥0.李05你,遞0.申18那79針40林E-正01雜,臨0.掏20壁89轉(zhuǎn)60贊E-識(shí)01穗,貌0.哥23啦56駕40雄E-晉01超,枝0.距27平07代10姥E-睛01其,謎0.我31醉89鹽80狹E-社01SV全,筍0.登05纏,約0.省38攤99喉30藍(lán)E-藝01鼠,棒0.恰42咳87戀10描E-摧01改,憐0.黎47餅66醬50交E-撥01桐,離0.霜53說75母20撥E-警01醫(yī),待0.粒61區(qū)57芬10禁E-聞01SV蔑,替0.賭05搶,謊0.硬72事76孫30你E-番01遲,狠0.錄80咽00仆00襲E-握01冰,末0.照80接00哨00販E-軟01遠(yuǎn),范0.博36鼠00假00便E-協(xié)01!!異!!!!啟!!SO畝LV曉EFI堂NI振SH7剪Ap粥ri潔l視20匪0513通用漢有限員元程遞序A振NS燒YS鄙及應(yīng)血用9.揪4譜分燈析法求解稿過程（續(xù)捷）!*/S罵OL鈔UT絕IO誘NAN償TY肌PE卻,2EX察PA延SS腦,1??！援！擴(kuò)展秀模態(tài)MX用PA確ND肯,2蔑0,屢0,英0,毒1,尿0.濫00赴5,SO掏LV耗EFI縣NI意SH!*/S跪OL枕UT蹤蝶IO瓦NAN閑TY氧PE乳,8SP腎OP勸T,連SP傲RS升,2律0,疑1SR止SS恩,0拋.0鼠05這,D工IS土P??！倦！采用SR爆SS疊加涉各模辜態(tài)結(jié)婚果SO霉LV莊EFI攜NI怖SH!*!*7脂Ap滴ri喬l朱20仇0514通用巾有限筆元程炭序A苗NS岡YS迎及應(yīng)堵用9.承5床瞬態(tài)淺地震筆響應(yīng)臟求解還過程!!桶!!廟!!時(shí)程顆分析除命令系流!!小!*s鑼et冷,s熱t(yī),亮0.束01！設(shè)定散時(shí)間棟步長(zhǎng)st拳＝0森.0墨1*s民et約,e陷nd毛po待in前t,增10妹0！設(shè)定帶數(shù)組丑長(zhǎng)度臘為en淘dp棟oi放nt掘＝10紀(jì)0*d數(shù)im洲,x窄fo羅rc停e,黃ar雀ra蜻y,春en梨dp城oi追nt！定義摘數(shù)組部名xf良o(jì)r毛ce和長(zhǎng)盲度*v萬re室ad鳳,x際fo提rc引e(逝1)罩,S梨ei才sm謙ic葬_x場(chǎng),t倡xt！以指嗓定格病式(7挨F1哀0.丸5)從文族件中類讀入圣數(shù)據(jù)(7面F1逐0.恥5)*V員OP俊ER瞧,x稱fo膛rc果e(差1)懼,x培fo隔rc聯(lián)e(史1)券,M拖UL塘T,坦9.拆8,限,料,！對(duì)數(shù)勝組元拐素進(jìn)氏行乘尾法運(yùn)意算7捷Ap斃ri離l讓20噸0515通用啦有限或元程喘序A鼠NS莖YS熱及應(yīng)喪用9.端5基瞬態(tài)紫地震浩響應(yīng)鐘求解活過程環(huán)（續(xù)）!!擊!!癢!!時(shí)程掠分析攏命令味流（王續(xù)）!!奪!/S休OL困U!*AN稅TY吃PE案,T慚RA牧NS！進(jìn)行敏瞬態(tài)接分析TR煎NO貫PT父,F快UL北L！選擇完整若矩陣細(xì)法!**d帽im霞,s桌hi羞ji仗an燈,a舞rr供ay暢,e紗nd凳po條in淘t！定義慶數(shù)組買名sh君ij路ia種n和長(zhǎng)趨度*v可fi機(jī)ll么,s敞hi騾ji招an