Ansys谱分析报告实例地震位移谱分析报告.docx
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Ansys谱分析报告实例地震位移谱分析报告
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
0.3
7800
相应谱
频率
0.5
1.0
2.4
3.8
17
18
20
32
位移
1.0
0.5
0.8
0.7
1.0
0.7
0.8
0.3
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1.2E-5,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15.11的EX文本框中输入2.2E11,PRXY文本框中输入0.3。
定义材料的弹性模量为2.2E11N/m2,泊松比为0.3。
单击“OK”按钮,关闭对话框。
4.接着双击Density(见图15.10),弹出DensityforMaterialNumber1(1号材料密度定义)对话框。
5.在DENS文本框中输入7.8E3,设定1号材料密度为7.8E3Kg/m3。
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ANSYS6.1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:
0,0,0.5
关键点3:
0,0,1.0
关键点4:
0,0,1.5
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ANSYS6.1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ANSYS6.1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:
-0.5、-0.9、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。
ANSYS6.1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。
ANSYS6.1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ANSYS6.1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