midas梁單元板單元及實體單元懸臂梁模型的建立及結構分析

1、梁單元、板單元及實體單元懸臂梁 北京邁達斯技術有限公司目 錄簡要1設定操作環(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輸入梁單元3輸入板單元4輸入實體單元5修改單元坐標系6分割單元7輸入邊界條件8輸入荷載9運行結構分析12查看分析結果13查看反力13查看變形和位移14查看內(nèi)力15查看應力19 簡要本例題介紹使用梁單元、板單元、實體單元來建立懸臂梁，并查看各種單元分析結果的方法。 模型如圖1所示，截面為長方形(0.4m x 1m)，長20m。 固定端梁單元長 : 20m板單元0.4m材料 : C30實體單元1m圖1. 懸臂梁模型設定操作環(huán)境 打開新項目(新項目)，保存

2、(保存)為Cantilever. mcb。 文件 / 新項目 文件 / 保存 (懸臂梁 )單位體系做如下設置。 工具 / 單位體系長度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，輸入實腹長方形截面(0.4m 1m)。模型 /材料和截面特性 / 截面數(shù)據(jù)庫 / 用戶名稱SR ; 截面類型實腹長方形截面 用戶 ; H ( 0.4 ) ; B ( 1 ) 定義厚度 對于面內(nèi)厚度和面外厚度的說明請參考在線幫助手冊。模型 / 材料和截面特性 / 厚度數(shù)值厚度號 (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單元使用 擴展 功能建立梁單元。 標準視圖, 自動對齊 (開), 單元號 (開)模型 / 節(jié)點 / 建立 坐標 ( 0, 0, 0 ) 模型 / 單元 / 擴展單元 全選擴展類型節(jié)點線單元 單元屬性單元類型梁材料1:30 ; 截面1 : SR ; Beta Angle ( 0 )生成形式復制和移動 ; 復制和移動等間距 dx, dy, dz ( 20, 0, 0 ) ; 復制次數(shù) ( 1 ) 圖5. 輸入梁單元輸入板單元首先將梁單元復制到板單元的輸入位置后，通過 擴展功能將梁單元擴展成板單元。模型

4、 / 單元 / 復制和移動 選擇最新建立的個體 形式復制 移動和復制等間距 ; dx, dy, dz ( 0, 0.5, -2 )復制次數(shù) ( 1 ) 模型 / 單元 / 擴展單元 選擇最新建立的個體 選擇刪除的話，復制的梁單元被擴展后會自動被刪除。選擇移動的話，該梁單元會移動到生成的板單元的末端。 擴展類型線單元平面單元 目標移動 (on) 單元屬性單元類型板單元材料1:30 ; 厚度1 : 0.4生成形式復制和移動復制和移動 等間距 dx, dy, dz ( 0, -1, 0 ) ; 復制次數(shù) ( 1 ) 圖6. 利用復制的梁單元建立板單元輸入實體單元使用同樣的方法，將板單元復制到實體單元

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

6、 Change Element Parameters 功能將所有單元的坐標系修改為統(tǒng)一的單元坐標系。 顯示單元局部坐標軸 (開)模型 / 單元 / 修改單元參數(shù) 全選參數(shù)類型修改單元坐標軸模型參考單元( 1 ) 8 與參考單元對齊坐標軸優(yōu)先順序1st (Loc-z);2nd (Loc-y) 修改前修改后圖8. 修改板單元和實體單元的單元坐標系分割單元板單元和實體單元的大小會影響分析結果的精度。這里將板單元按單元坐標系的x方向分割成20份，將實體單元按單元坐標系的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 ) 顯示單元局部坐標軸 (off)圖9. 被分割的板單元和實體單元 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 (0) 8 實體單元沒有旋轉自由度，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于梁單元使用Elem

8、ent Beam Loads功能，對于板單元和實體單元使用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功能輸入梁單元的均布荷載。 荷載 / 梁單元荷載 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系 Z ; 投影No ; 數(shù)值相對值x1 ( 0 ) ; x2 ( 1 ) ; w ( -1 ) 圖12. 梁單元均布荷載使用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力單元（面）壓力面選擇單元 方向整體坐標系 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功能輸入實體單元的均布荷載。實體單元輸入壓力荷載時對于加載面可選擇以節(jié)點為準和以單元為準兩種方式，這里選擇以節(jié)點為準選擇

10、加載面。荷載 / 壓力荷載 用鼠標指定實體單元上端的任意節(jié)點，就會自動輸入要選擇的平面的Z坐標-3.5。 平面選擇 平面X-Y 平面 ; Z 坐標 (-3.5)8 荷載工況名稱UL-實體 ; 選擇添加 單元類型實體單元（面） 選擇加載方式時若選擇單元的話，需指定單元的加載面。在圖4左側的樹形菜單中，單元類型選擇實體單元后選擇要加載的單元的話，單元加載面就會按虛線顯示，若加載面不符，可通過變換壓力面#來調(diào)整。選擇節(jié)點 ; 方向整體坐標系 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行結構分析分析 / 運行分析 查看分析結果

11、查看反力利用表格查看由不同單元構成的懸臂梁在均布荷載作用下的反力。 結果 / 分析結果表格 / 反力記錄激活荷載工況/荷載組合UL-梁(ST) (開) ; UL-板(ST) (開) UL-實體(ST) (開) 圖15. 激活紀錄對話框 圖16. 反力結果表格 查看變形和位移 標準視圖結果 / 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。 梁單元板單元實體單元位移1.353 1.351 1.350 表

12、1. 各單元懸臂梁的最大位移查看內(nèi)力查看梁單元懸臂梁的彎矩。 結果 / 內(nèi)力 / 梁單元內(nèi)力圖 內(nèi)力My顯示選項5 點 (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. 梁單元中點的彎矩 板單元內(nèi)力/彎矩提供板單元單位寬度內(nèi)的內(nèi)力。如果一個截面由幾個單元組成，則對于整個截面的內(nèi)力可利用局部方向內(nèi)力的合力功能查看。結果 / 內(nèi)力 / 板單元內(nèi)力/彎矩荷載工況/荷載組合ST:UL-板坐標系單元 ; 節(jié)點平均值內(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體單元懸臂梁中點(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191的相關數(shù)據(jù)圖20. Model View的初始化 點擊 窗口選擇選擇圖20的，并將其激活。 查詢 / 查詢節(jié)點 節(jié)點號 ( 191 )8 窗口選擇 ( 單元 : 圖20的) 激活查詢節(jié)點, 查詢單元是查詢節(jié)點和單元相關情況時所使用的功能。點擊節(jié)點或單元的輸入欄(圖20的)后，再點擊模型中的節(jié)點或單元的話，相應節(jié)點或單元的情報就會在下面的信息窗口中顯示。也可在輸入欄直接輸入節(jié)點或單元的編號再按回車鍵。使用查詢節(jié)點的功能時，連續(xù)點擊兩個節(jié)點的話，還提供這兩個節(jié)點間的相對距離。 對于實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、來查看整個截面的內(nèi)力。 下面查看彎矩。 結果 / 局部方向內(nèi)力的合力形式用多邊形選擇實體表面 ; 荷載工況ST:UL-實體輸入坐標位置 ( 271, 191, 72, 152 )8 圖21. 實體單元懸臂梁的彎矩 在局部方向內(nèi)力的合力對話框查看彎矩(Mz)。在局部方向內(nèi)力的合力定義結果輸出位置時，節(jié)點指定的順序會決定計算內(nèi)力時所參照的坐標系。詳細內(nèi)容請參考在線幫助手冊。 用不同單元建立的懸臂梁彎矩的計算結果如表2所示。 單位 : tonf梁單元板單元實體單元彎矩- 50 - 50 - 50 表2. 各單元的彎矩查看應力對于梁單元可使用梁單元細部分析功能查看應力發(fā)生的詳細情況。 工具單位體系長度

15、cm ; 力kgf 全部激活結果 / 梁單元細部分析荷載工況/荷載組合ST:UL-梁單元號 ( 1 )8截面應力Normal ; Fx (開), My (開), Mz (開) 拉應力壓應力圖22. 查看梁單元應力 對于板單元查看整體坐標系X方向上的應力。 結果 /應力 / 平面應力/板應力荷載工況/荷載組合ST:UL-板 選擇應力坐標系整體坐標系 ; 節(jié)點的平均值 ; 頂面 應力Sig-XX 顯示類型等值線圖 (開) ; 圖例 (開) 選擇兩面 顯示板厚度上的應力分布圖23. 板單元懸臂梁的應力 查看某特定節(jié)點的應力時，可使用快速查詢 功能便利地查看。 查看實體單元懸臂梁整體坐標系X方向上的應力。 節(jié)點號(off)結果 / 應力 / 實體應力荷載工況/荷載組合ST:UL-實體 選擇應力坐標系整體坐標系 ; 節(jié)點的平均值 應力Sig-XX ; 顯示類型圖例 (開) 圖24. 實體單元懸臂梁上的應力 對實體單元計算的應力成分中，Sig-XX, Sig-YY, Sig-ZZ, Sig-XY, Sig-YZ, Sig-XZ是整體坐標系各方向上的應力。Sig-P1, Sig-P2, Sig-P3為各主應力，其中Sig-Pmax為最大主應力。另外還提供T