Ansys谱分析实例地震位移谱分析.docx
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Ansys谱分析实例地震位移谱分析
二．地震位移谱分析
如图所示为一板梁结构，试计算在Y方向地震位移谱作用下的构件响应情况。
板梁结构相关参数见下表所示。
板梁结构几何参数和材料参数
板厚度
T/mm
梁宽度
B/mm
梁高度
H/mm
梁截面面积
S/mm2
梁惯性矩
IZZ/mm4
梁惯性矩
IYY/mm4
弹性模量
E/GPa
泊松比
密度
Kg/m3
2
3
4
12
16
9
220
7800
相应谱
频率
17
18
20
32
位移
板梁结构
（模型图）
进行题目2的分析。
第一步是建立实体模型（如图4），并选择梁单元和壳单元模拟梁和板进行求解。
建此模型并无特别的难处，只要定义关键点正确，还有就是在建模过程当中注意对全局坐标系的运用，很容易就能做出模型。
此题的难点在于对梁和板的分析求解。
进行求解，首先进行的就是模态分析，约束好六条梁，就可以进行模态的分析求解了。
模态分析后，相应的就进行频谱分析，在输入频率和位移后开始运算求解。
此后进行模态扩展分析，最后进行模态合并分析。
分析完后，再对结果进行查看。
通过命令MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution查看节点位移结果、节点等效应力结果（图5）及反作用力结果（图6）。
通过图片我们看清晰的看到梁和板的受力情况及变形情况，在板与梁的连接处，板所受的应力最大，这些地方较容易受到破坏，故可考虑对其进行加固。
而梁主要是中间两层变形较大，所以在设计时应充分考虑材料的选用及直径的大小。
1.指定分析标题
1．选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeJobname，将弹出ChangeJobname（修改文件名）对话框。
2．在Enternewjobname（输入新文件名）文本框中输入文字“CH”，为本分析实例的数据库文件名。
单击对话框中的“OK”按钮，完成文件名的修改。
3．选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeTitle，将弹出ChangeTitle（修改标题）对话框。
4．在Enternewtitle（输入新标题）文本框中输入文字“responseanalysisofabeam-shellstructure”，为本分析实例的标题名。
单击对话框中的“OK”按钮，完成对标题名的指定。
2.定义单元类型
1．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete，将弹出ElementTypes（单元类型定义）对话框。
单击对话框中的“ADD…”按钮，将弹出LibraryofElementTypes（单元类型库）对话框。
2．在左边的滚动框中单击“StructuralShell”，选择结构壳单元类型。
在右边的滚动框中单击“Elastic4node63”，使其高亮度显示，选择4节点弹性壳单元。
在对话框中单击“APPLY”按钮，完成对这种单元的定义。
3．接着继续在LibraryofElementTypes（单元类型库）对话框的左边滚动框中单击“StructuralBeam”，在右边的滚动框中单击“3Delastic4”，使其高亮度显示，选择3维弹性梁单元。
单击对话框中的“OK”按钮，完成单元定义并关闭LibraryofElementTypes（单元类型库）对话框。
单击ElementTypes（单元类型定义）对话框中的“CLOSE“按钮，关闭对话框中，完成单元类型的定义。
3.定义单元实常数
1．选取菜单途径MainMenu|Preprocessor|RealConstants，将弹出RealConstants（实常数定义）对话框。
单击对话框中的“ADD…”按钮，将弹出ElementTypeforRealConstants（选择定义实常数的单元类型）对话框。
2．在选择单元类型列表框中，单击“Type1SHELL63”使其高亮度显示，选择第一类单元SHELL63。
然后单击该对话框中的“OK”按钮，将弹出RealConstantSetNumber1,forSHELL63（为SHELL63单元定义实常数）对话框。
3．在对话框中的ShellthicknessatnodeITK（I）（壳的厚度）文本框中输入2E-3，定义板壳的厚度为2E-3m。
4．其余参数保持缺省。
单击按钮，关闭RealConstantsSetNumber1，forSHELL63（单元SHELL63的实常数定义）对话框。
完成对单元SHELL63实常数的定义。
5．重复步骤2的过程，在弹出的ElementTypeforRealConstants（选择定义实常数的单元类型）对话框的列表框中单击“Type2BEAM4”，使其高亮度显示。
然后单击按钮，将弹出RealConstantSetNumber2,forBEAM4（为BEAM4单元定义实常数）对话框。
6．在对话框中的文本框中分别输入下列数据：
AREA为，IZZ和IYY分别为16E-12，9E-12,TKZ和TKY分别为3E-3,4E-3。
7．单击“OK”按钮，关闭RealConstantSetNumber2,forBEAM4（为BEAM4单元定义实常数）对话框。
单击“CLOSE”按钮，关闭对话框。
4.指定材料特性
1．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels，将弹出DefineMaterialModelBehavior（材料模型定义）对话框。
2．依次双击Structural，Linear，Elastic和Isotropic，将弹出1号材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框。
3．在图的EX文本框中输入，PRXY文本框中输入。
定义材料的弹性模量为N/m2，泊松比为。
单击“OK”按钮，关闭对话框。
4．接着双击Density（见图，弹出DensityforMaterialNumber1（1号材料密度定义）对话框。
5．在DENS文本框中输入，设定1号材料密度为3Kgm3。
单击“OK”按钮，完成密度定义。
选取路径Material|Exit，完成对材料模型的定义。
6．单击的ANSYSToolbar（工具条）上的“SAVE”按钮，保存数据库文件
5.建立梁有限元模型
1．选取路径路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|InActiveCS，将弹出CreateKeypointsinActiveCoordinateSystem（根据坐标创建关键点）对话框。
2．在对话框中，输入Keypointnumber（关键点号）为1，X,Y,Z位置分别为0，0，0。
可用Tab键在输入区之间移动单击按钮，完成关键点1的定义。
3．对下面的关键点及X,Y,Z位置重复这一过程：
关键点2：
0，0，
关键点3：
0，0，
关键点4：
0，0，
输入完最后一个关键点后，单击“OK”按钮。
图形输出窗口将显示刚创建的各个关键点。
4．选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|PanZoomRotate，将会弹出提供的Pan-Zoom-Rotate（平移-缩放-转动）对话框。
5．单击对话框中的“BOT”按钮，改变图形输出窗口中的视图方向，以便看出建立的四个节点的位置。
6．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Lines|Straightline，将弹出CreateStraightLine（创建直线）拾取对话框。
7．在图形窗口中单击关键点1、2创建直线L1。
然后依次单击关键点2、3和关键点3、4，创建直线L2，L3。
8．选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering，将弹出PlotNumberingControls（序号显示控制）对话框。
9．在PlotNumberingControls（序号显示控制）对话框中单击Keypointnumbers关键点序号（）、Linenumbers（线的序号）和Areanumbers（面的序号）所对应的复选框，使其变为“On”，然后单击对话框中的“OK”按钮关闭对话框。
10．选取菜单路径UtilityMenu|Multi-Plots，对图形输出窗口中的所建几何模型根据前面的设置重新显示。
11．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Meshing|MeshTool，将弹出MeshTool（网格划分工具）对话框。
12．单击对话框中的单元属性设置区中的下拉框中的Lines，选定设置对象为线。
然后单击右边的“SET”按钮，将弹出线属性设置拾取对话框，单击其中的“PICKALL”按钮。
将会弹出LineAttributes（线单元属性设置）对话框。
13．单击对话框中的Materialnumber（材料序号）下拉框，Realconstantsetnumber（实常数序号）和Elementtypenumber（单元序号）下拉框，将其分别设置为：
Materialnumber为1，Realconstantsetnumber为2，Elementtypenumber为2BEAM4。
单击对话框中的“OK”按钮关闭对话框，完成对线单元属性的设置。
14．在MeshTool（网格划分工具）对话框中的SizeControls（尺寸控制）区中，单击线单元的“SET”按钮，将弹出ElementSizesonPickedLines（选定线的单元尺寸定义）拾取对话框。
单击对话框中的“PICKALL”按钮，将弹出ElementSizesonPickedLines（选定线的单元尺寸）定义对话框。
15．在对话框中的No.ofelementdivisions（分割单元数）文本框中输入“6”，定义在选定的每条线上将划分6个单元。
单击“OK”按钮关闭对话框，完成对所选线单元尺寸的设置。
16．在网格划分工具对话框中，单击Mesh下拉框中的Lines，选定分网对象是线。
然后，单击对话框中的“MESH”按钮，将会弹出LinesMesh（对创建的线进行分网）拾取对话框。
单击对话框中的“PICKALL”按钮，选定所有创建的线进行分网。
17．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Copy|Lines，将弹出CopyLines（线拷贝）拾取对话框。
单击对话框中的“PICKALL”按钮，选择所有的线。
将弹出CopyLines（线拷贝）对话框。
18．在线拷贝对话框中的Y-offsetinactiveCS（在激活坐标系Y方向平移量）文本框中输入“0.5”，Itemstobecopied（拷贝项目）下拉框中选择LinesandMesh，设置拷贝项目为线及其网格。
然后单击对话框的“OK”按钮关闭对话框，对选定的线按照设置的值进行拷贝。
19．重复操作步20，在弹出的线拷贝对话框中，删掉Y-offsetinactiveCS文本框中的“0.5”，在X-offsetinactiveCS文本框中输入“0.5”。
然后单击对话框的“OK”按钮关闭对话框，对选定的线按照设置的值进行拷贝
20．选择菜单路径UtilityMenu|Select|Entities，将弹出SelectEntities（实体选择）对话框。
21．在对话框中最上面下拉框中单击Lines选项，指定选择对象为线。
在接下来的下拉框中单击ByLocation选项，指定选择方式为根据坐标位置。
单击“Xcoordinates”单选按钮，并在下面的Min,Max文本框中输入“0.5”，指定选择对象位置为X坐标值为“0.5”的所有对象。
单击“FromFull”单选按钮，指定选取范围为全部。
然后单击“SELEALL”按钮，再单击“OK”按钮关闭对话框，完成选择操作。
22．重复操作步20，在弹出的CopyLines（线拷贝）对话框中单击“OK”按钮，保持其弹出时的缺省值并关闭对话框，对选定的线按照设置的值进行拷贝。
23．选择菜单路径UtilityMenu|Select|Everything，选择模型中的所有元素。
24．选择菜单路径UtilityMenu|Plot|Replot，对建立好的所有单元进行显示。
6.建立板壳有限元模型
1．选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering，在弹出的PlotNumberingControls（序号显示控制）对话框中，单击Linenumbers（线的序号）和Areanumbers（面的序号）所对应的复选框，使其变为“Off”。
然后单击Elem/Attribnumbering下拉框中的Nonumbering选项，不显示任何单元序号。
仅保留Keypointnumbers（关键点序号）的设置为“On”。
最后单击对话框中的“OK”按钮关闭对话框。
2．选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|ViewingDirection，将会弹出提供的ViewingDirection（观察方向）对话框。
3．在对话框中的XV,YV,ZVCoordsofviewpoint（观察点坐标值）文本框中分别输入：
、、1，指定观察点的坐标。
在Coordaxisorientation（坐标轴方向）下拉框中单击“X-axis
down”。
然后单击对话框中的按钮“OK”关闭对话框。
4．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Arbitrary|ThroughKPs，将弹出CreateAreathruKPs（通过关键点创建面）拾取对话框。
在图形窗口中依次单击关键点：
2，6，14和10，然后单击拾取对话框中的“OK”按钮关闭对话框。
将会通过关键点2，6，14和10创建一个面。
5．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Meshing|MeshTool，将弹出MeshTool（网格划分工具）对话框。
6．单击对话框中ElementAttributes（单元属性）下拉框中的“Global”，然后单击下拉框右边的“SET”按钮，将弹出单元属性设置对话框。
7．单击对话框中的Elementtypenumber（单元类型序号）、Materialnumber（材料序号）下拉框、Realconstantsetnumber（实常数序号）下拉框和Elementcoordinatesys（单元坐标系），将其分别设置为：
Elementtypenumber为“1SHELL63”，Materialnumber为“1”，Realconstantsetnumber为“1”，Elementcoordinatesys为“0”。
然后单击对话框中的“OK”按钮关闭对话框，完成对单元属性的设置。
8．选取菜单路径UtilityMenu|Select|EverythingBelow|SelectedAreas，对创建的面以及面上的线、点进行选择，作为显示和操作对象。
9．在MeshTool（网格划分工具）对话框中的SizeControls（尺寸控制）区中，单击线单元的“SET”按钮，将弹出ElementSizesonPickedLines（选定线的单元尺寸定义）拾取对话框，单击对话框中的“PICKALL”按钮。
将弹出ElementSizesonPickedLines（选定线的单元尺寸）。
10．在对话框中的No.ofelementdivisions（单元分割数）文本框中输入“5”，然后单击“OK”按钮关闭对话框，完成对面上各边的分网设置。
11．在网格划分工具对话框中，单击Mesh下拉框中的“Areas”，选定分网对象是面。
单击Shape（形状控制）设置选项：
Quad单选按钮和Free单选按钮。
然后，单击对话框中的“MESH”按钮，将会弹出AreasMesh（对选定的面进行分网）拾取对话框。
单击对话框中的“PICKALL”按钮，选定所有创建的面进行分网。
单击对话框中的“CLOSE”按钮，关闭对话框。
13．选取菜单路径UtilityMenu|Select|Everything，选择所有创建的模型作为操作对
象。
14．选取菜单路径UtilityMenu|Plot|Replot，将所有建立的模型在图形窗口中重新显
示。
15．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Copy|Areas，将弹出CopyAreas（面拷贝）拾取对话框。
单击对话框中的“PICKALL”按钮，选择所有的面。
将弹出CopyAreas（面拷贝）对话框。
16．在面拷贝对话框中的X-offsetinactiveCS（激活坐标系X方向平移量）文本框中输“0.5”，Itemstobecopied（拷贝项目）下拉框中选择AreasandMesh，设置拷贝项目为面及其网格。
然后单击对话框的“OK”按钮关闭对话框，对选定的面按照设置的值进行拷贝。
将完成的一层板壳有限元模型的建立。
17．重复操作步15，在弹出的面拷贝对话框中的Numberofcopies（拷贝份数）文本框中输入“3”。
删除X-offsetinactiveCS（激活坐标系X方向平移量）文本框中的“0.5”，然后在Z-offsetinactiveCS（激活坐标系Z方向平移量）文本框中输入“0.5”。
单击对话框的“OK”按钮关闭对话框，对选定的面按照设置的值进行拷贝。
将完成的二、三层板壳有限元模型的建立。
18．选取菜单路径UtilityMenu|Plot|Multi-Plots，将建立的完整的梁-板壳有限元模型在图形窗口中进行显示。
19．合并重复节点，由于在模型建立时大量的运用了模型拷贝功能，因此在某些位置产生了重复节点等元素，需要将其合并。
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|NumberingCtrls|MergeItems，将弹出MergeCoincidentorEquivalentlyDefinedItems（合并定义的重复项目）对话框。
20．单击对话框中Typeofitemtobemerge（合并项目类型）下拉框中的“All”，指定合并所有的项目，保持其余设置缺省，单击“OK”按钮关闭对话框。
对所有重复的项目进行合并。
21．对项目编号进行压缩。
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|NumberingCtrls|CompressNumbers，将弹出CompressNumbers（压缩编号）对话框。
22．单击对话框中的LabelItemtobecompressed（压缩项目标签）下拉框中的“All”，对所有项目编号进行压缩。
单击“OK”按钮关闭对话框。
通过输出窗口可以对合并和压缩的项目进行查看。
7.定义边条，加载并求解
（一）定义载荷和边界条件
1．选择菜单路径UtilityMenu|Select|Entities，将弹出SelectEntities（实体选择）对话框，在对话框中的选择项目下拉框中选取“Nodes”，选择方式下拉框中选取“ByLocation”。
单击“Zcoordinates”单选按钮，然后单击“SELEALL”按钮。
再单击“OK”按钮关闭对话框，选定所有Z坐标值为0的节点。
2．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Loads|DefineLoads|Apply|Structural|
Displacement|OnNodes，将会弹出拾取对话框。
单击对话框中的“PICKALL”按钮，将弹出ApplyU,ROTonNodes（在节点上施加位移约束）对话框。
3．在对话框中的DOFStobeconstrained（被约束的自由度）滚动框中，在所有自由度“AllDOF”上单击一次使其高亮度显示。
单击对话框中的“OK”按钮，关闭对话框，完成对所选节点的约束。
4．选择菜单路径UtilityMenu|Select|Everything。
再选取菜单路径UtilityMenu|Plot|Replot。
图形窗口中将显示出本实例的有限元模型及其边条。
5．单击ANSYS工具条上的“SEVE”按钮，对已完成的操作进行存盘。
（二）进行模态求解
1．选取菜单路径MainMenu|Solution|AnalysisType|NewAnalysis，将弹出NewAnalysis（新分析）对话框。
在对话框中单击Modal单选按钮，指定分析类型为模态分析（Modal）。
然后，单击“OK”按钮完成分析类型的设置。
2．选取菜单路径MainMenu|Solution|AnalysisType|AnalysisOptions，将弹出ModalAnalysis（模态分析）选项对话框。
3．在对话框中，指定Modeextractionmethod（模态提取方法）为子空间迭代法（Subspace），并指定No.ofmodesextract（提取模态的阶数）为“10”。
将Expandmodeshapes（扩展模态）单选框设置为“No”。
单击按钮，将会弹出SubspaceModalMethod（子空间迭代法模态分析选项）对话框。
4．单击“OK”按钮，接受的缺省设置，完成对分析选项的设置。
5．选择菜单路径MainMenu|Solution|Solve|CurrentLS，将弹出/STATUSCommand（求解命令状态）输出窗口和SolveCurrentLoadStep（求解当前载荷步）对话框。
6．仔细检查求解命令状态输出窗口中列出的命令情况，如果符合分析要求进行下一步操作，并选取菜单路径UtilityMenu|File|Close关闭窗口。
如果有不符合要求的地方，则单击“CLOSE”放弃本次分析，回到相应菜单对其进行修改，然后再重新进行求解。
7．单击SolveCurrentLoadStep（求解当前载荷步）对话框中的“OK”按钮，进行梁－板结构的模态分析求解。
（三）获得谱解
1）指定分析选项
1．选取菜单路径MainMenu|Solution|AnalysisType|
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