結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)大作業(yè)

1、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)大作業(yè)姓名： 學(xué)號(hào)： 習(xí)題1用縮法減進(jìn)行瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析以確定對(duì)有限上升時(shí)間得恒定力的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。實(shí)際結(jié)構(gòu)是一根鋼梁支撐著集中質(zhì)量并承受一個(gè)動(dòng)態(tài)荷載。鋼梁長(zhǎng)l，支撐著一個(gè)集中質(zhì)量m。這根梁承受著一個(gè)上升時(shí)間為，最大值為f1的動(dòng)態(tài)荷載f(t)。梁的質(zhì)量可以忽略，需確定產(chǎn)生最大位移響應(yīng)時(shí)間及響應(yīng)。同時(shí)要確定梁中的最大彎曲應(yīng)力。已知：材料特性：，質(zhì)量m0.03t，質(zhì)量阻尼alphad=8; 幾何尺寸：l450mm i=800.6 h=18mm; 荷載為：f120n 0.075s提示：縮減法需定義主自由度。荷載需三個(gè)荷載步（0至加質(zhì)量，再至0.075s， 最后至1s）ansys命令如下：f

2、inish/cle$/config,nres,2000/prep7l=450$h=18et,1,beam3et,2,mass21,4r,1,1,800.6,18 r,2,30 !mass21的實(shí)常數(shù)順序massx, massy, massz, ixx, iyy, izzmp,ex,1,2e5$mp,nuxy,1,0.3n,1,0,0,0n,2,450/2,0,0n,3,450,0,0e,1,2$e,2,3!創(chuàng)建單元type,2$real,2e,2m,2,uyfinish/solu !進(jìn)入求解層antype,transtrnopt,reducoutres,all,all$deltim,0.004

3、!定義時(shí)間積分步長(zhǎng)alphad,8!質(zhì)量阻尼為8d,1,uy$d,3,ux,uy !節(jié)點(diǎn)1y方向,約束節(jié)點(diǎn)3x、y方向約束f,2,fy,0lswrite,1!生成荷載步文件1time,0.075fdele,all,allf,2,fy,20lswrite,2 !生成荷載步文件2time,1lswrite,3 !生成荷載步文件3lssolve,1,3,1 !求解荷載文件1,2,3finish/soluexpass,on$expsol,0.10000 !擴(kuò)展處理solvefinish/post26numvar,0file,fdy,rdsp !注意，建立的項(xiàng)目名稱為fdy,否則超出最大變量數(shù)200，結(jié)

4、果無(wú)效nsol,2,2,u,y,nsolplvar,2 !時(shí)間位移曲線prvar,2 !得出在0.10000該時(shí)間點(diǎn)上跨中位移最大/post1 !查看某個(gè)時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果set,firstpldisp,1 !系統(tǒng)在0.10000秒時(shí)總變形圖etable,imoment,smisc,6 !單元i點(diǎn)彎矩etable,jmoment,smisc,12 !單元j點(diǎn)彎矩etable,ishear,smisc,2 !單元i點(diǎn)剪力etable,jshear,smisc,8 !單元j點(diǎn)剪力plls,imoment,jmoment,1,0 !畫出彎矩圖plls,ishear,jshear,1,0 !畫出剪力圖結(jié)果

5、如下;隨著時(shí)間位移的大小：可知系統(tǒng)在0.10000秒時(shí)總變形最大。系統(tǒng)在0.10000秒時(shí)總變形圖:由圖中可知最大撓度為0.001204彎矩圖如下:在t=0.10000s時(shí)最大彎矩為11.4218mpa，下部受拉。剪力圖如下：在t=0.10000s時(shí)最大剪力為0.050763n。習(xí)題2一輛汽車勻速通過(guò)一單跨橋，要求用有限元法分析橋的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。對(duì)于汽車施加于橋的荷載給出兩種簡(jiǎn)化假設(shè)：一是講移動(dòng)汽車簡(jiǎn)化成無(wú)質(zhì)量的勻速移動(dòng)常量力；二是考慮到路面的不平整，汽車的重量可以簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)諧作用力。同時(shí)講單跨橋簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁。已知：材料特性：梁的彈性模量，泊松比為0.3，密度density2000; 幾何尺寸：梁長(zhǎng)

6、l32m，a0.1， i0.0001/12, h=0.1, 車輪間距2.56; 荷載為：mg=1000，則簡(jiǎn)諧力，移動(dòng)速度v=120公里/小時(shí)。提示：簡(jiǎn)諧力的系數(shù)部分即為常量力； 講整個(gè)簡(jiǎn)支梁劃分為100個(gè)單元，則車子的前后輪之間講包含2.56/(32/100)=8個(gè)單元。一、不帶靜力分析ansys命令：finish/cle$/config,nres,2000/prep7lb=32ne=100$nn=ne+1p=1000$v=120*1000/3600 !120km/h轉(zhuǎn)換為m/sdeltl=lb/ne!單元長(zhǎng)度deltt=deltl/v!移動(dòng)一個(gè)單元所需要的時(shí)間em=2.07e11$area

7、=0.1$im=0.001/12 !im為慣性矩deng=2000 !密度gra=9.8 !重力加速度f(wàn)1=acos(-1)/2/lb/lb*sqrt(em*im/(area*deng) !彈性體的自振頻率et,1,beam3mp,ex,1,emmp,nuxy,1,0.3mp,dens,1,dengr,1,area,im,1.0*do,i,1,nn$n,i,(i-1)*deltl$*enddo!創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)*do,i,1,ne$e,i,i+1$*enddo!i和i+1節(jié)點(diǎn)連接并賦予前面已經(jīng)定義的單元d,1,ux,uyd,nn,uyfinish!瞬態(tài)分析過(guò)程(不考慮靜力的情況)/soluantype

8、,trans$sstif,ontiminf,on!timinf,key,laboutres,all,alldeltim,deltt/10 !定義的時(shí)間步長(zhǎng)kbc,1$autots,on*do,i,1,nntime,i*delttfdele,all,all !刪除以前施加的力f,i,fy,-p !施加當(dāng)前力solve*enddofdele,all,all !刪除所有的力/post26nsol,2,51,u,ynsol,nvar,node,item,comp,name(u,y代表橋梁跨中節(jié)點(diǎn)y方向的位移，若考察速度的話，將u改為v即可)plvar,2prvar,2 finish結(jié)果如下：* ans

9、ys post26 variable listing *部分時(shí)間位移 time 51 uy uy 0.96000e-03 0.00000 0.19200e-02 0.00000 0.28800e-02 0.00000 0.38400e-02 0.00000 0.48000e-02 0.00000 0.57600e-02 0.00000 0.67200e-02 0.00000 0.76800e-02 0.00000 0.86400e-02 0.00000 0.96000e-02 0.00000 0.10560e-01 0.221145e-18 0.11520e-01 0.766059e-17 0

10、.12480e-01 0.323835e-16 0.13440e-01 -0.174140e-14 0.14400e-01 -0.317168e-13 0.15360e-01 -0.224147e-12 0.16320e-01 -0.352947e-12 0.17280e-01 0.598971e-11 0.18240e-01 0.508955e-10 0.19200e-01 0.171688e-09可知在t=1s時(shí)橋梁跨中位移最大為0.056mm二、帶靜力分析ansys命令：finish/cle$/config,nres,2000/prep7lb=32ne=100$nn=ne+1 !單元數(shù)為

11、100個(gè),節(jié)點(diǎn)數(shù)為101個(gè)p=1000$v=120*1000/3600 !定義荷載和移動(dòng)速度，并將移動(dòng)速度轉(zhuǎn)換為m/sdeltl=lb/ne!單元長(zhǎng)度deltt=deltl/v!移動(dòng)一個(gè)單元所需要的時(shí)間em=2.07e11$area=0.1$im=0.001/12 !im為慣性矩deng=2000 !密度gra=9.8 !重力加速度f(wàn)1=acos(-1)/2/lb/lb*sqrt(em*im/(area*deng) !彈性體的自振頻率et,1,beam3mp,ex,1,emmp,nuxy,1,0.3mp,dens,1,dengr,1,area,im,1.0*do,i,1,nn$n,i,(i-1

12、)*deltl$*enddo!創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)*do,i,1,ne$e,i,i+1$*enddo!i和i+1節(jié)點(diǎn)連接并賦予前面已經(jīng)定義的單元d,1,ux,uyd,nn,uyfinish!瞬態(tài)分析過(guò)程!靜力分析/soluantype,trans$sstif,on!對(duì)于于梁和殼元，在大撓度分析中通常應(yīng)該使用應(yīng)力剛化。timinf,off!關(guān)閉時(shí)間積分效應(yīng)，進(jìn)行靜力分析acel,gra!acel,acelx,acely,acelztime,1e-5$nsubst,2!2為當(dāng)前荷載步的子步數(shù),上述幾步的意思是將靜力作用看做是預(yù)應(yīng)力進(jìn)行處理。kbc,1!階躍荷載solvetiminf,on!timinf,key

13、,laboutres,all,alldeltim,deltt/10 !定義的時(shí)間步長(zhǎng)kbc,1$autots,on !定義荷載作用方式，打開自動(dòng)時(shí)間步。*do,i,1,nntime,i*delttfdele,all,all !刪除以前施加的力f,i,fy,-p !施加當(dāng)前力solve*enddofdele,all,all !刪除所有的力/post26nsol,2,51,u,y!nsol,nvar,node,item,comp,name(u,y代表橋梁跨中節(jié)點(diǎn)y方向的位移，若考察速度的話，將u改為v即可)plvar,2prvar,2 finish輸出結(jié)果如下：部分時(shí)間位移time 51 uy u

14、y 0.40320 -1.56081 0.40416 -1.56087 0.40512 -1.56093 0.40608 -1.56100 0.40704 -1.56106 0.40800 -1.56112 0.40896 -1.56119 0.40992 -1.56125 0.41088 -1.56132 0.41184 -1.56138 0.41280 -1.56145 0.41376 -1.56151 0.41472 -1.56158 0.41568 -1.56164 0.41664 -1.56171 0.41760 -1.56177 0.41856 -1.56184 0.41952 -

15、1.56191 0.42048 -1.56198 0.42144 -1.56204 t=1s時(shí)跨中位移最大為1.608mm三、簡(jiǎn)諧荷載不帶靜力分析ansys命令流：finish/cle$/config,nres,2000/prep7lb=32ne=100$nn=ne+1p=1000$v=120*1000/3600 !120km/h轉(zhuǎn)換為m/sdeltl=lb/ne!單元長(zhǎng)度deltt=deltl/v!移動(dòng)一個(gè)單元所需要的時(shí)間em=2.07e11$area=0.1$im=0.001/12 !im為慣性矩deng=2000 !密度gra=9.8 !重力加速度f(wàn)1=acos(-1)/2/lb/lb*

16、sqrt(em*im/(area*deng) !彈性體的自振頻率et,1,beam3mp,ex,1,emmp,nuxy,1,0.3mp,dens,1,dengr,1,area,im,1.0*do,i,1,nn$n,i,(i-1)*deltl$*enddo!創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)*do,i,1,ne$e,i,i+1$*enddo!i和i+1節(jié)點(diǎn)連接并賦予前面已經(jīng)定義的單元d,1,ux,uyd,nn,uyfinish!瞬態(tài)分析過(guò)程(不考慮靜力的情況)/soluantype,trans$sstif,on!對(duì)于于梁和殼元，在大撓度分析中通常應(yīng)該使用應(yīng)力剛化。timinf,on!timinf,key,laboutre

17、s,all,alldeltim,deltt/10 !定義的時(shí)間步長(zhǎng)kbc,1$autots,on*do,i,1,nntime,i*delttfdele,all,all !刪除以前施加的力f,i,fy,-p*cos(10*i*deltt) !施加當(dāng)前力,cos(wt),t用i表示就可以近似表達(dá)簡(jiǎn)諧力solve*enddofdele,all,all !刪除所有的力/post26nsol,2,51,u,y!nsol,nvar,node,item,comp,name(u,y代表橋梁跨中節(jié)點(diǎn)y方向的位移，若考察速度的話，將u改為v即可)plvar,2prvar,2finish輸出結(jié)果如下; * ansy

18、s post26 variable listing *部分時(shí)間位移 time 51 uy uy 0.96000e-03 0.00000 0.19200e-02 0.00000 0.28800e-02 0.00000 0.38400e-02 0.00000 0.48000e-02 0.00000 0.57600e-02 0.00000 0.67200e-02 0.00000 0.76800e-02 0.00000 0.86400e-02 0.00000 0.96000e-02 0.00000 0.10560e-01 0.217081e-18 0.11520e-01 0.751982e-17 0.12480e-01 0.317884e-16