ANSYS框架問題計算實例（40頁清楚明了）

1、實用文案PAGE 標(biāo)準(zhǔn)文檔 框架問題及梁板復(fù)合計算首先要選擇分析所用的單元類型。在本次分析中，我們將用到在土木工程中最常用的兩種單元：三維梁單元Beam 188 和三維殼單元 Shell 63。一般結(jié)構(gòu)中梁柱可以用梁單元模擬，而剪力墻和樓板則可以用殼單元模擬。ANSYS提供了多種梁單元，其中Beam 188單元的好處是可以很方便的定義各種土木工程常用構(gòu)件截面形式，并可以很方便的在GUI截面中顯示出來，因此比較受歡迎。首先在ANSYS提供的上百個單元中按類別選擇梁單元Beam 188以及殼單元Shell 63定義完單元類型后，下面就要定義單元的一些幾何屬性。我們首先來定義殼單元。進(jìn)入ANSYS主

2、菜單的第二項，Real Constants，選擇Add/Edit/Delete, 進(jìn)入實參數(shù)定義窗口，選擇Add按鈕添加實參數(shù)，并指定該實參數(shù)和Shell 63 單元相關(guān)。在實參數(shù)窗口中輸入殼單元的厚度，在本算例中，殼單元用作樓板，厚度為150mm。需要說明的是，在有限元軟件中，一般都不限制參數(shù)的單位制，使用者需要根據(jù)具體問題選擇統(tǒng)一的單位制。比如對于本問題采用的就是N-mm單位制。選擇材料窗口中Material 菜單，選擇New Material，材料編號為2，輸入混凝土的彈性模量和泊松比，分別為30103N/mm2和0.2。下面進(jìn)入ANSYS的主菜單的第四個選項，輸入截面信息。我們要定義的

3、梁單元截面為工字型截面。首先定義柱子，設(shè)定截面編號(ID)為1，截面類型選擇為工形，按圖中提示參數(shù)依次輸入翼緣寬度，腹板高度，翼緣厚度和腹板厚度。需要注意的是，ANSYS這里還要求輸入梁單元軸線在截面上的位置。對于柱子，我們設(shè)定軸線在梁截面中心，即選擇Offset to “Centroid”完成截面信息定義后就可以開始建模操作。首先我們通過ANSYS主菜單Preprocessor-Modeling-Create-Keypoint選擇建立關(guān)鍵點。需要說明的是，ANSYS建模幾何拓?fù)潢P(guān)系嚴(yán)格遵守點(Keypoint)線(Line)面(Area)體(Volumn)這樣的規(guī)律，所以我們先從點開始建立模

4、型。選擇點的輸入方式為當(dāng)前坐標(biāo)系(In Active CS)，第一個關(guān)鍵點的編號為1，坐標(biāo)0，0，0。下面我們要生成X方向的柱網(wǎng)。在ANSYS主菜單中選擇復(fù)制（Preprocessor-Modeling-Copy）。復(fù)制的對象為Keypoints，從彈出菜單中選擇剛才建立的關(guān)鍵點。這時屏幕顯示如下，由于關(guān)鍵點5（即5000000mm位置的點）距離太遠(yuǎn)，我們看不清其他關(guān)鍵點，所以我們選擇Pan-Zoom-Rotate按鈕，用Pan-Zoom-Rotate提供的Box Zoom功能放大原點附近的區(qū)域。下一步將把柱網(wǎng)關(guān)鍵點1-4向上（Z軸方向）復(fù)制3000mm，生成柱子頂部。同樣選擇復(fù)制關(guān)鍵點，這時

5、也可以用Box工具來選擇關(guān)鍵點。輸入復(fù)制的距離，為Z方向3000mm。復(fù)制完成后點擊Pan-Zoom-Rotate窗口中的Iso按鈕，就可以看到三維空間中這些關(guān)鍵點的布置。建立完關(guān)鍵點后下一步就要建立線。選擇Create菜單中的Lines選項，輸入線的形式為直線。點選相應(yīng)關(guān)鍵點，生成直線。將剛才生成的柱網(wǎng)關(guān)鍵點相連，得到4根柱子軸線如圖復(fù)制這些軸線，選擇Copy-Lines，選擇剛才生成的柱子進(jìn)入Copy Lines窗口，輸入復(fù)制成3份，間距4000mm。得到柱子布置如圖。同樣方法，選擇ANSYS主菜單Preprocessor-Modeling- Create- Lines- Lines- S

6、traight Lines 將柱頂相連生成梁同樣，梁單元也需要定位關(guān)鍵點，將位于原點處的關(guān)鍵點1復(fù)制到Z軸3000000mm處。最后生成樓板，進(jìn)入ANSYS頂部菜單Plot-Lines，選擇ANSYS菜單中Create-Areas-Arbitrary-By Lines，即通過線來生成樓板（相應(yīng)的幾何形體為面）。選擇相應(yīng)的直線，建立面建立完樓板后，幾何建模工作完成，下面需要給剛才建立的幾何體賦予物理屬性。首先設(shè)定梁柱單元。進(jìn)入Meshing菜單，選擇Mesh Attribution，選定所有表示柱子的直線。設(shè)定其材料屬性為1（鋼材），因為剛才沒有設(shè)定和梁單元相關(guān)的實參數(shù)，所以可以任意選擇，單元類

7、型為Beam188。截面類型為1。這里尤其需要注意的是，要輸入截面方向控制關(guān)鍵點。我們知道，空間梁單元除了軸線方向以外，還需要一個矢量來定義其截面彎曲的主軸方向。ANSYS中對Beam 188采用了“截面方向控制點”的方法來定義截面主軸方向，即：除了輸入單元的兩個端點以外，還需要輸入一個附加的節(jié)點或者關(guān)鍵點。這個附加節(jié)點或者關(guān)鍵點和梁單元的起始節(jié)點構(gòu)成一個矢量，這個矢量就是梁單元的法線方向。因此，在前面建模工作中，我們在X方向很遠(yuǎn)的地方建立一個關(guān)鍵點，目的就是讓柱子的主軸方向和X軸方向一致。在plot菜單中選擇繪制關(guān)鍵點。得到關(guān)鍵點分布如圖選擇剛才建立的在X方向很遠(yuǎn)的關(guān)鍵點，作為柱子的方向控制

8、點。再到Plot菜單中選擇繪制Lines，同樣選擇代表梁的直線設(shè)定梁的屬性，與柱子一樣，只是截面屬性編號為2?；谕瑯釉?，選擇Z方向很遠(yuǎn)的那個關(guān)鍵點作為梁的方向控制點，即梁的主軸方向是Z軸方向。最后，給所有的面設(shè)定屬性，其材料屬性為2（混凝土），實參數(shù)為1，單元類型為Shell 63。由于截面屬性和殼單元無關(guān)，所以可以任意輸入。完成幾何體的屬性賦值后就可以進(jìn)行網(wǎng)格劃分。選擇Meshtool工具。首先要設(shè)定有限元網(wǎng)格劃分的密度。一般可以通過Lines的分段數(shù)來控制。選擇Meshtool窗口的Lines-Set按鈕。然后選擇所有代表柱子的線。給線設(shè)定網(wǎng)格密度的方法有兩種，一種是設(shè)定分段數(shù)，一種是

9、設(shè)定每段的長度。對于柱子，我們設(shè)定其分段數(shù)為5。得到下圖而對于代表梁單元的直線，我們設(shè)定其分段方式為分段得到單元的最大長度為2000mm。得到最后的分段情況如圖。下面開始劃分網(wǎng)格，首先對線進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選擇mesh的對象為Lines，選擇所有的線，劃分得到有限元分析所用的單元但是這些單元看不出其形狀和方向。ANSYS提供了很好的前處理人機界面。通過選擇菜單Plot Ctrl-Style-Size and Shape菜單選項設(shè)定Display of element 為 ONANSYS就會繪出相應(yīng)單元的空間形狀和位置。將梁柱結(jié)點附近單元放大再次在Meshtools中選擇網(wǎng)格劃分對象為Area，選中所有的面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到樓板單元如圖前面提到，對于梁單元，我們定義其截面的時候設(shè)定截面的Offset為(0,500)即為其頂面，這和實際結(jié)構(gòu)中梁頂面位于樓板以下的情況是一致的。如果將截面的Offset和柱子一樣設(shè)定為“Centroid”，就會發(fā)現(xiàn)，梁和樓板的相對位置發(fā)生了變化，如圖所示。下面開始輸入荷載和支座條件，首先輸入支座。選擇ANSYS菜單中的Define Load-Apply-Structural-Displacement-On Keypoints選項，選擇所有的柱腳關(guān)鍵點。設(shè)定這些關(guān)鍵點的位移全部被約束住(All DOF)得到荷載表示如圖添加完荷載和支座