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7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-1,碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用(七),主講：錢江二OO六年四月七日,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-2,碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）,第七講內(nèi)容提要9.ANSYS動力分析的基本功能及一維單元應(yīng)用實例?空間框架結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析的譜分析法9.1ANSYS動力分析的基本功能簡介9.2實體建模及剛性樓板假定的實施9.3模態(tài)分析求解過程（交互式輸入及命令流）9.4譜分析法求解過程（交互式輸入及命令流）9.5瞬態(tài)地震響應(yīng)求解過程,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-3,9.1ANSYS動力分析的基本功能簡介,,,ANSYS動力分析的基本功能模態(tài)分析諧響應(yīng)分析（不做具體介紹）譜分析瞬態(tài)響應(yīng)分析,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-4,9.1ANSYS動力分析的基本功能簡介（續(xù)1）,,,模態(tài)分析模態(tài)分析是所有動力學(xué)分析類型的最基礎(chǔ)的內(nèi)容；模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)振動特性的一種技術(shù)；描述結(jié)構(gòu)振動特性的基本要素：固有頻率（自振周期＝1/固有頻率）振型振型參與系數(shù)(特定方向上某個振型在多大程度上參與了振動）模態(tài)分析結(jié)果可以直接用于指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計；根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果可以定性知曉結(jié)構(gòu)對各類動力載荷的響應(yīng)有助于在其它動力分析中估算求解控制參數(shù)（如時間步長）模態(tài)分析只對線性結(jié)構(gòu)成立!,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-5,9.1ANSYS動力分析的基本功能簡介（續(xù)2）,,,諧響應(yīng)分析確定結(jié)構(gòu)在已知頻率的正弦（簡諧）激勵作用下響應(yīng)的技術(shù)；荷載必須是已知大小和頻率的諧波載荷（力、壓力或強迫位移，可以是同一頻率的多種載荷組合，各載荷可以是同相位也可以是不同相位）；諧響應(yīng)分析結(jié)果是與激勵同頻率的節(jié)點諧位移（通常會與激勵存在位相差），以及由節(jié)點位移得到的其它導(dǎo)出量，如：應(yīng)力和應(yīng)變等；單位力作用下的諧響應(yīng)分析結(jié)果可以與富氏分析相聯(lián)系；事實上，諧響應(yīng)分析是模態(tài)疊加法的計算基礎(chǔ)；諧響應(yīng)分析結(jié)果可以直接用于指導(dǎo)作旋轉(zhuǎn)運動的結(jié)構(gòu)設(shè)計；諧響應(yīng)分析也只對線性結(jié)構(gòu)成立!,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-6,9.1ANSYS動力分析的基本功能簡介（續(xù)3）,,,譜分析是模態(tài)分析的擴展，用于計算結(jié)構(gòu)對地震及其它隨機激勵的響應(yīng)；譜分析計算過程是將模態(tài)分析的結(jié)果與一個已知的輸入譜相聯(lián)系，計算結(jié)構(gòu)在該輸入譜荷載作用下的響應(yīng)位移、應(yīng)力等；譜分析由下列計算步驟構(gòu)成：獲得模態(tài)解計算譜解擴展模態(tài)組合各模態(tài)解譜分析也只對線性結(jié)構(gòu)成立!,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-7,9.1ANSYS動力分析的基本功能簡介（續(xù)4）,,,瞬態(tài)響應(yīng)分析是一種確定隨時間變化載荷作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的計算技術(shù)；瞬態(tài)響應(yīng)分析的三種求解方法：完整矩陣法（Full）縮減矩陣法（Reduced）模態(tài)疊加法（ModeSuperposition）模態(tài)疊加法只對線性結(jié)構(gòu)成立；縮減矩陣法僅允許結(jié)構(gòu)中存在簡單的點點接觸形式的非線性；完整矩陣法允許在分析中包括各種類型非線性，如：幾何大變形、接觸、塑性等，但對硬件資源要求較高本次課重點介紹完整矩陣法由于荷載的瞬變特性，交互式操作是不現(xiàn)實的!,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-8,9.2實體建模及剛性樓板假定的實施,分析目的：地震作用下結(jié)構(gòu)的線彈性動力響應(yīng)分析模型規(guī)劃：梁、柱均采用BEAM4單元、樓板采用SHELL63建立屬性表：單元類別：E1,BEAM4,!框架柱單元E2,BEAM4,!外環(huán)梁單元E3,BEAM4,!樓面梁單元E4,SHELL63,!樓面板單元材料屬性：M1,!C30混凝土M2,!型鋼單元實參數(shù)：R1,E1,BEAM4,!框架柱單元R2,E2,BEAM4,!外環(huán)梁單元R3,E3,BEAM4,!樓面梁單元R4,E4,SHELL63,!樓面板單元參照講義第3章交互式建?；驁?zhí)行命令流文件生成框架結(jié)構(gòu)。,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-9,,9.2實體建模及剛性樓板假定的實施（續(xù)1）,實施剛性樓板假定的GUI操作命令執(zhí)行UtilityMenu>Selet>Entities?命令，彈出選取圖元對話框，在選取類型表中選Nodes，選取標(biāo)準(zhǔn)表中選ByLocation，參數(shù)設(shè)定窗中輸入Z坐標(biāo)限定范圍Min，Max為（4，4），單擊OK按鈕，即選中1層樓面的全部節(jié)點。執(zhí)行MainMenu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>RigidRegion命令，彈出選取主節(jié)點對話框，圖形上選中剛度中心處的節(jié)點120，單擊OK按鈕；彈出選取從節(jié)點對話框，選中該層其余所有節(jié)點，單擊OK按鈕，完成1層樓面的剛性樓板約束。類似地，對2、3層實施剛性樓板約束,,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-10,,9.2實體建模及剛性樓板假定的實施（續(xù)2）,！實施剛性樓板假定的命令流!!!!!!定義1層樓面剛性樓板!*/PREP7NSEL,S,LOC,Z,4,4CERIG,120,ALL,UXYZ,,,,!193號節(jié)點為該層形心位置，定義為剛度中心!!!!!!定義2層樓面剛性樓板!*/PREP7NSEL,S,LOC,Z,8,8CERIG,127,ALL,UXYZ,,,,!229號節(jié)點為該層形心位置，定義為剛度中心!!!!!!定義3層樓面剛性樓板!*/PREP7NSEL,S,LOC,Z,12,12CERIG,134,ALL,UXYZ,,,,!350號節(jié)點為該層形心位置，定義為剛度中心,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-11,,9.3模態(tài)分析求解過程,模態(tài)分析GUI操作流程：執(zhí)行MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis命令，彈出如左下圖所示求解類型對話框，選擇Modal選項，單擊OK按鈕；彈出右下圖所示模態(tài)分析選項對話框，輸入模態(tài)提取數(shù)（No.ofmodestoextract）為20，單擊OK按鈕；彈出BlockLanczosMethod選項對話框，取默認值即可。單擊OK按鈕。執(zhí)行MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS命令，進行模態(tài)分析。,,,求解類型對話框,模態(tài)分析選項對話框,,,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-12,,9.3模態(tài)分析求解過程（續(xù)）,!*/SOLUTIONANTYPE,MODAL！進行模態(tài)分析MODOPT,LANB,20,0,0,,OFF！選擇模態(tài)分析方法、模態(tài)提取數(shù)MXPAND,0,,,0！選擇模態(tài)擴展數(shù)LUMPM,0！選擇質(zhì)量陣形式為一致質(zhì)量陣PSTRES,0！關(guān)閉預(yù)應(yīng)力選項開關(guān)SOLVE！求解模態(tài)FINISH,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-13,,9.4譜分析法求解過程,!*/SOLUTIONANTYPE,8SPOPT,SPRS,20,1！?。∽V分析法，取20個模態(tài)計算!!!!輸入加速度譜值SVTYP,2,9.8,?。?！輸入加速度譜，以重力加速度g為輸入單位SED,1,0,0,！??！定義X軸方向為地震輸入方向ROCK,0,0,0,0,0,0,!*FREQ,0.111111,0.125000,0.142857,0.166667,0.200000FREQ,0.222222,0.250000,0.285714,0.333333,0.400000FREQ,0.500000,0.555556,0.625000,0.714286,0.833333FREQ,1.000000,1.111111,10.00000,50.00000!*SV,0.05,0.115940E-01,0.131940E-01,0.147940E-01,0.163940E-01,0.179940E-01SV,0.05,0.187940E-01,0.208960E-01,0.235640E-01,0.270710E-01,0.318980E-01SV,0.05,0.389930E-01,0.428710E-01,0.476650E-01,0.537520E-01,0.615710E-01SV,0.05,0.727630E-01,0.800000E-01,0.800000E-01,0.360000E-01!!!!!!!!SOLVEFINISH,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-14,,9.4譜分析法求解過程（續(xù)）,!*/SOLUTIONANTYPE,2EXPASS,1！??！擴展模態(tài)MXPAND,20,0,0,1,0.005,SOLVEFINISH!*/SOLUTIONANTYPE,8SPOPT,SPRS,20,1SRSS,0.005,DISP?。?！采用SRSS疊加各模態(tài)結(jié)果SOLVEFINISH!*!*,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-15,9.5瞬態(tài)地震響應(yīng)求解過程,,,!!!!!!時程分析命令流!!!*set,st,0.01！設(shè)定時間步長st＝0.01*set,endpoint,100！設(shè)定數(shù)組長度為endpoint＝100*dim,xforce,array,endpoint！定義數(shù)組名xforce和長度*vread,xforce(1),Seismic_x,txt！以指定格式(7F10.5)從文件中讀入數(shù)據(jù)(7F10.5)*VOPER,xforce(1),xforce(1),MULT,9.8,,,！對數(shù)組元素進行乘法運算,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-16,9.5瞬態(tài)地震響應(yīng)求解過程（續(xù)）,,,!!!!!!時程分析命令流（續(xù)）!!!/SOLU!*ANTYPE,TRANS！進行瞬態(tài)分析TRNOPT,FULL！選擇完整矩陣法!**dim,shijian,array,endpoint！定義數(shù)組名shijian和長度*vfill,shijian(1),ramp,st,st！對數(shù)組進行數(shù)據(jù)填充Ntm_star=1Ntm_end=100Ntm_incr=1*DO,Ntm,Ntm_star,Ntm_end,Ntm_incr！執(zhí)行循環(huán)TIME,shijian(Ntm)！對時間賦值A(chǔ)CEL,xforce(Ntm),yforce(Ntm),！在X、Y方向施加慣性力NSEL,ALL!!!LSWRITE,Ntm！寫如荷載文件SOLVE！直接求解*ENDDO,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-17,碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）,謝謝各位!,7April2005,通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用,L7-18,碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）,,,