Ansys谱分析实例地震位移谱分析.docx

1、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/m3234121692207800相应谱频率17182032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

2、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Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solution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

3、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Utility Menu | File | Change Jobname，将弹出Change Jobname (修改文件名)对话框。2在Enter new jobname (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Utility Menu | File | Change Title，将弹出Change Title (修改标题)对话框。4在Enter new title (输入新标题)文本框中输入文字“response analysis of a bea

4、m-shell structure”，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Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出Element Types (单元类型定义)对话框。单击对话框中的“ADD”按钮，将弹出Library of Element Types (单元类型库)对话框。 2在左边的滚动框中单击“Structural Shell”，选择结构壳单元类型。在右边的滚动框中单击“Elastic 4node 63”，使其高亮度显示，选择4 节点弹性壳单元。

5、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Library of Element Types (单元类型库)对话框的左边滚动框中单击“Structural Beam”，在右边的滚动框中单击“3D elastic 4”，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Library of Element Types (单元类型库)对话框。单击Element Types (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Main Menu | Preprocessor | Re

6、al Constants，将弹出Real Constants (实常数定义)对话框。单击对话框中的“ADD”按钮，将弹出Element Type for Real Constants (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“Type 1 SHELL63”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Real Constant Set Number1,for SHELL63 (为SHELL63 单元定义实常数) 对话框。3在对话框中的Shell thickness at node I TK(I) (壳的厚度)文本框中输入2E-3

7、，定义板壳的厚度为2E-3 m。4其余参数保持缺省。单击按钮，关闭Real Constants Set Number 1，for SHELL63(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Element Type for Real Constants (选择定义实常数的单元类型)对话框的列表框中单击“Type 2 BEAM4”，使其高亮度显示。然后单击按钮，将弹出Real Constant Set Number 2,for BEAM4 (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

8、 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Real Constant Set Number 2,for BEAM4 (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Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models，将弹出Define Material Model Behavior (材料模型定义)对话框。2依次双击Structural， Linear ，Elastic 和Isotropic

9、，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Density for Material Number 1 (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3 Kgm3。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ANSYS Toolbar (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Main Me

10、nu | Preprocessor | Modeling | Create | Keypoints | In Active CS，将弹出Create Keypoints in Active Coordinate System (根据坐标创建关键点)对话框。2在对话框中，输入Keypoint number (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

11、。4选取菜单路径Utility Menu | PlotCtrls | Pan ZoomRotate，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Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Lines | Lines | Straightline，将弹出Create Straight Line (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

12、线L2，L3。8选取菜单路径Utility Menu | PlotCtrls | Numbering，将弹出Plot Numbering Controls(序号显示控制)对话框。9在Plot Numbering Controls (序号显示控制)对话框中单击Keypoint numbers 关键点序号()、Line numbers (线的序号)和Area numbers (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Utility Menu | 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

13、径Main Menu | Preprocessor | Meshing |MeshTool，将弹出Mesh Tool (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“PICK ALL”按钮。将会弹出Line Attributes (线单元属性设置)对话框。13单击对话框中的Material number (材料序号)下拉框，Real constant set number (实常数序号)和Element type number(单元序号)下拉框，将其分别设置为：Materi

14、al number 为1，Real constant set number 为2，Element type number 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Mesh Tool (网格划分工具)对话框中的Size Controls (尺寸控制)区中，单击线单元的“SET”按钮，将弹出Element Sizes on Picked Lines (选定线的单元尺寸定义) 拾取对话框。单击对话框中的“PICK ALL”按钮，将弹出Element Sizes on Picked Lines (选定线的单元尺寸) 定义对话框。15在对话框中的No. of

15、element divisions (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Lines Mesh (对创建的线进行分网)拾取对话框。单击对话框中的“PICK ALL”按钮，选定所有创建的线进行分网。17选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Copy | Lines ，将弹出CopyLines (线拷贝)拾取对话框。单击对话框中的“P

16、ICK ALL”按钮，选择所有的线。将弹出Copy Lines(线拷贝)对话框。18在线拷贝对话框中的Y-offset in active CS (在激活坐标系Y 方向平移量)文本框中输入“0.5”，Items to be copied (拷贝项目)下拉框中选择Lines and Mesh，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-offset in active CS文本框中的“0.5”，在X-offset in active CS 文本框中输入“0.5”。然后单击对话框的“OK”按钮

17、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Utility Menu | Select | Entities，将弹出Select Entities (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By Location选项，指定选择方式为根据坐标位置。单击“X coordinates”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“From Full”单选按钮，指定选取范围为全部。然后单击“SELE ALL”按钮，再单击“OK”按钮关闭对话框，完成选

18、择操作。22重复操作步20，在弹出的Copy Lines (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Utility Menu | Select | Everything，选择模型中的所有元素。24选择菜单路径Utility Menu | 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Utility Menu | PlotCtrls | Numbering，在弹出的Plot Numbering Controls(序号显示控制)对话框中，单击Line numbers (线的序号

19、)和Area numbers (面的序号)所对应的复选框，使其变为“Off”。然后单击Elem/ Attrib numbering 下拉框中的No numbering选项，不显示任何单元序号。仅保留Keypoint numbers (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Utility Menu | PlotCtrls | Viewing Direction，将会弹出 提供的Viewing Direction (观察方向)对话框。3在对话框中的XV,YV,ZV Coords of view point (观察点坐标值)文本框中分别输入：、1，指定

20、观察点的坐标。在Coord axis orientation (坐标轴方向)下拉框中单击“X-axisdown”。然后单击对话框中的按钮“OK”关闭对话框。4选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling |Create | Arbitrary | Through KPs，将弹出Create Area thru KPs(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Main Menu | Preprocessor |

21、 Meshing |MeshTool，将弹出Mesh Tool (网格划分工具)对话框。6单击对话框中Element Attributes (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Element type number (单元类型序号)、Material number (材料序号)下拉框、Real constant set number (实常数序号)下拉框和Element coordinate sys (单元坐标系)，将其分别设置为：Element type number 为“1 SHELL63”，Materia

22、l number 为“1”，Real constant set number 为“1”，Element coordinate sys 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Utility Menu | Select | Everything Below | Selected Areas，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Mesh Tool (网格划分工具)对话框中的Size Controls (尺寸控制)区中，单击线单元的“SET”按钮，将弹出Element Sizes on Picked Lines (选定线的单元尺

23、寸定义) 拾取对话框，单击对话框中的“PICK ALL”按钮。将弹出Element Sizes on Picked Lines (选定线的单元尺寸)。10在对话框中的No. of element divisions (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Areas Mesh (对选定的面进行分网)拾取对话框。单击对话框中的“PICK

24、 ALL”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Utility Menu | Select | Everything，选择所有创建的模型作为操作对象。14选取菜单路径Utility Menu | 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Main Menu | Preprocessor | Modeling | Copy | Areas ，将弹出CopyAreas (面拷贝)拾取对话框。单击对话框中的“PICK ALL”按钮，选择所有的面。将弹出Copy Areas(面拷贝)对话框。16在面拷贝对话

25、框中的X-offset in active CS (激活坐标系X 方向平移量)文本框中输“0.5”，Items to be copied (拷贝项目)下拉框中选择Areas and Mesh，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Number of copies (拷贝份数)文本框中输入“3”。删除X-offset in active CS (激活坐标系X 方向平移量)文本框中的“0.5”，然后在Z-offset in active CS (激活坐标系Z 方

26、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Utility Menu | 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Main Menu | Preprocessor | NumberingCtrls | Merge Items，将弹出Merge Coincident or Equivalently Defined

27、 Items (合并定义的重复项目)对话框。20单击对话框中Type of item to be merge (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Main Menu | Preprocessor | Numbering Ctrls |Compress Numbers，将弹出Compress Numbers (压缩编号)对话框。22单击对话框中的Label Item to be compressed (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“

28、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Utility Menu | Select | Entities，将弹出Select Entities (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“By Location”。单击“Z coordinates”单选按钮，然后单击“SELE ALL”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Main Menu | Preprocessor | Loads | Define Loads |

29、 Apply | Structural |Displacement | On Nodes，将会弹出拾取对话框。单击对话框中的“PICK ALL”按钮，将弹出ApplyU, ROT on Nodes (在节点上施加位移约束)对话框。3在对话框中的DOFS to be constrained (被约束的自由度)滚动框中，在所有自由度“All DOF”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Utility Menu | Select | Everything。再选取菜单路径Utility Menu | Plot |Replot。图形窗口中

30、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Main Menu | Solution | Analysis Type | New Analysis，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Main Menu | Solution | Analysis Type | Analysis Options，将弹出ModalAnalysis (模态分析)选项对话框。3在对话框

31、中，指定Mode extraction method (模态提取方法)为子空间迭代法(Subspace)，并指定No. of modes extract (提取模态的阶数)为“10”。将Expand mode shapes(扩展模态)单选框设置为“No”。单击按钮，将会弹出Subspace Modal Method (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Main Menu | Solution | Solve | Current LS，将弹出/STATUS Command(求解命令状态)输出窗口和Solve Current Load Step (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Utility Menu | 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Solve Current Load Step (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Main Menu | Solution | Analysis Type |