ANSYS動力分析的基本功能及一維單元應(yīng)用實(shí)例.ppt

7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-1,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),主 講： 錢 江 二OO六年四月七日,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-2,碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）,第七講 內(nèi)容提要 9. ANSYS 動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 9.1 ANSYS 動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,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-3,9.1 ANSYS 動力分析的基本功能簡介,ANSYS 動力分析的基本功能 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,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-4,9.1 ANSYS 動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)振動特性的一種技術(shù)； 描述結(jié)構(gòu)振動特性的基本要素： 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） 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)對各類動力載荷的響應(yīng) 有助于在其它動力分析中估算求解控制參數(shù)（如時(shí)間步長） 模態(tài)分析只對線性結(jié)構(gòu)成立!,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-5,9.1 ANSYS 動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)動的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 諧響應(yīng)分析也只對線性結(jié)構(gòu)成立!,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-6,9.1 ANSYS 動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 譜分析也只對線性結(jié)構(gòu)成立!,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-7,9.1 ANSYS 動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（Mode Superposition） 模態(tài)疊加法只對線性結(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!,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-8,9.2 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)。,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-9,9.2 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 Utility Menu Selet Entities 命令，彈出選取圖元對話框，在選取類型表中選 Nodes，選取標(biāo)準(zhǔn)表中選 By Location，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 Main Menu Preprocessor Coupling/Ceqn Rigid Region 命令，彈出選取主節(jié)點(diǎn)對話框，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 2、3層實(shí)施剛性樓板約束,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-10,9.2 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,4,4 CERIG,120,ALL,UXYZ, , , , ! 193號節(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,8,8 CERIG,127,ALL,UXYZ, , , , ! 229號節(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,12,12 CERIG,134,ALL,UXYZ, , , , ! 350號節(jié)點(diǎn)為該層形心位置，定義為剛度中心,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-11,9.3 模態(tài)分析求解過程,模態(tài)分析 GUI 操作流程： 執(zhí)行 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis 命令，彈出如左下圖所示求解類型對話框，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)對話框，輸入模態(tài)提取數(shù)（No. of modes to extract）為 20，單擊 OK 按鈕；彈出Block Lanczos Method 選項(xiàng)對話框，取默認(rèn)值即可。單擊 OK 按鈕。 執(zhí)行 Main Menu Solution Solve Current LS 命令，進(jìn)行模態(tài)分析。,求解類型對話框,模態(tài)分析選項(xiàng)對話框,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-12,9.3 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) FINISH,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-13,9.4 譜分析法求解過程,!* /SOLUTION ANTYPE,8 SPOPT,SPRS,20,1 ！譜分析法，取 20 個(gè)模態(tài)計(jì)算 ! 輸入加速度譜值 SVTYP,2,9.8, ！輸入加速度譜，以重力加速度g為輸入單位 SED,1,0,0, ！定義 X軸方向?yàn)榈卣疠斎敕较?ROCK,0,0,0,0,0,0, !* FREQ, 0.111111, 0.125000, 0.142857, 0.166667, 0.200000 FREQ, 0.222222, 0.250000, 0.285714, 0.333333, 0.400000 FREQ, 0.500000, 0.555556, 0.625000, 0.714286, 0.833333 FREQ, 1.000000, 1.111111, 10.00000, 50.00000 !* SV, 0.05, 0.115940E-01, 0.131940E-01, 0.147940E-01, 0.163940E-01, 0.179940E-01 SV, 0.05, 0.187940E-01, 0.208960E-01, 0.235640E-01, 0.270710E-01, 0.318980E-01 SV, 0.05, 0.389930E-01, 0.428710E-01, 0.476650E-01, 0.537520E-01, 0.615710E-01 SV, 0.05, 0.727630E-01, 0.800000E-01, 0.800000E-01, 0.360000E-01 ! ! SOLVE FINISH,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-14,9.4 譜分析法求解過程（續(xù)）,!* /SOLUTION ANTYPE,2 EXPASS,1 ！擴(kuò)展模態(tài) MXPAND,20,0,0,1,0.005, SOLVE FINISH !* /SOLUTION ANTYPE,8 SPOPT,SPRS,20,1 SRSS,0.005,DISP ！采用SRSS 疊加各模態(tài)結(jié)果 SOLVE FINISH !* !*,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-15,9.5 瞬態(tài)地震響應(yīng)求解過程,! 時(shí)程分析命令流 ! *set,st,0.01 ！設(shè)定時(shí)間步長 st0.01 *set,endpoint,100 ！設(shè)定數(shù)組長度為 endpoint100 *dim,xforce,array,endpoint ！定義數(shù)組名 xforce 和長度 *vread,xforce(1),Seismic_x,txt ！以指定格式(7F10.5)從文件中讀入數(shù)據(jù) (7F10.5) *VOPER,xforce(1),xforce(1),MULT,9.8, , , ！對數(shù)組元素進(jìn)行乘法運(yùn)算,7 April 2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-16,9.5 瞬態(tài)地震響應(yīng)求解過程（續(xù)）,! 時(shí)程分析命令流（續(xù)） ! /SOLU !* ANTYPE,TRANS ！進(jìn)行瞬態(tài)分析 TRNOPT,FULL ！選擇完整矩陣法 !* *dim,shijian,array,endpoint ！定義數(shù)組名 shijian 和長度 *vfill,shijian(1),ramp,st,st ！對數(shù)組進(jìn)行數(shù)據(jù)填充 Ntm_star=1 Ntm_end=100 Ntm_incr=1 *DO,Ntm,Ntm_star,Ntm_end,Ntm_inc