9、弹簧单元例题.doc

7. 弹簧分析概述在本例题比较和验算结构的支承条件和弹簧刚度不同时产生的结构的反力、位移和内力。弹簧连接内部铰连接 图 7.1 分析模型 材料钢材 : Grade3弹性模量(E) : 2.1 x 106 kgf/cm2 截面截面面积(Area) : 1.0 x 10-2 m2截面惯性矩(Iyy) : 8.333 x 10-6 m2 荷载节点集中荷载: 10.0 tonf 弹簧系数区分k1 (tonfm/radian)k2 (tonf/m)k3 (tonf/m)模型 1模型 2模型 3100,00010100,000110,00010,00010,00010,00010,000设定基本环境打开新文件以 Support.mgb为名保存。定义单位体系为 m和tonf。文件 / 新文件文件 / 保存 ( Support )工具/ 单位体系长度 m ; 力 tonf 图 7.2 设定单位体系设定结构类型为X-Z平面。模型 / 结构类型结构类型 X-Z 平面 定义材料以及截面选择材料为钢材Grade3（GB(S)）。 模型 / 材料和截面特性 / 材料类型 钢材规范GB(S) ; 数据库 Grade3 模型 / 材料和截面特性 / 截面数值截面号 ( 1 ) ; 名称 ( 截面) 截面特性值 面积 ( 0.01 ) ; Iyy ( 8.333e-6 ) 图 7.3 定义材料 图 7.4 定义截面建立节点和截面为建立模型 1的梁单元，先输入节点。 正面, 捕捉点 (关), 捕捉轴线 (关) 捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开), 自动对齐 (开) 模型 / 节点 / 建立节点坐标 ( x, y, z ) ( 0, 0, 0 ) 图 7.5 建立节点用扩展单元功能建立模型 1的左侧的梁单元。 模型 / 单元 / 扩展单元 全选扩展类型 节点 线单元单元属性 单元 类型 梁单元 材料 1:Grade3 ; 截面 1:截面 ; Beta 角 ( 0 )一般类型 移动和复制 ; 移动和复制 等间距dx, dy, dz ( 1, 0, 0 ) ; 复制次数 ( 5 ) 图 7.6 建立梁单元复制模型 1的左侧梁单元来建立右侧梁单元。模型 / 单元 / 移动和复制 单元 全选形式复制; 移动和复制等间距dx, dy, dz ( 5, 0, -0.1 ) ; 复制次数 ( 1 ) 图 7.7 建立右侧梁单元输入边界条件给梁的两端输入边界条件。首先用一般支撑功能约束自由度。模型 / 边界条件 / 一般支承 节点号 (开) 单选 ( 节点 : 1 ) 选择 添加 支承条件类型 Dx, Dz (开) 单选 ( 节点 : 12 ) 选择 添加 支承条件类型 Dx, Ry (开) 图 7.8 输入支承条件用节点弹性支承输入梁的弹性支承条件。 关于弹性支承的详细说明参考用户手册的“弹性边界条件”部分弹性支承条件与约束节点自由度的一般支承不同,输入各个自由度弹性支撑刚度，根据刚度允许变形，弹性支撑的内力以反力输出。 模型 / 边界条件 / 节点弹性支承 单选 ( 节点 : 1 ) 选择 添加 节点弹性支承(局部方向) SRy ( 100000 ) 单选 ( 节点 : 12 ) 选择 添加 节点弹性支承(局部方向) SDz ( 10000 ) 图 7.9 输入弹性支承条件输入荷载定义荷载工况为输入荷载定义荷载工况。 荷载/ 静力荷载工况 名称 ( 荷载1 ) ; 类型用户定义的荷载 图 7.10 定义荷载工况输入节点荷载在节点6输入集中荷载10 tonf。荷载/ 节点荷载 单选 ( 节点 : 6 ) 荷载工况名称 荷载1 ; 选择 添加 节点荷载 FZ ( -10 ) 图 7.11 输入节点荷载复制单元复制模型 1来建立模型 24。同时复制输入在模型 1的节点荷载和边界条件。模型 / 单元 / 移动和复制 单元 全选形式 复制; 移动和复制 等间距dx, dy, dz ( 0, 0, -2 ) ; 复制次数 ( 3 )复制节点属性 (开) ; 复制单元属性 (开) 模型1模型2模型3模型 4图 7.12 复制单元把模型 4的右侧部分节点向Z轴方向移动0.1 m与左侧部分连接起来。用合并节点功能删除重复节点。模型 / 节点 / 移动和复制 节点 窗口选择 ( 节点 : 43, 44, 45, 46, 47, 48 )形式 移动; 移动和复制 等间距 dx, dy, dz ( 0, 0, 0.1 )8 模型 / 节点 / 合并节点 合并 全部 ; 合并范围 ( 0.001 ) ; 删除合并的节点 (开) 模型 1模型2模型3模型4图 7.13 修改模型 4 变更边界条件修改边界条件把模型 4两端的边界条件修改为固定端条件。模型 / 边界条件 / 一般支承 单选 ( 节点 : 37, 48 ) 选择 替换 ; 支承条件类型 Dx , Dz , Ry (开) 图 7.14 修改边界条件修改模型 2弹性支承点的弹性支承刚度值，删除模型 4的弹性支承条件。模型 / 边界条件 / 节点弹性支承 单选 ( 节点 : 37, 48 ) 选择 删除 单选 (节点 : 13) 选择 替换 ; 节点弹性支承 (局部方向) SRy ( 10 ) 模型1模型2模型3模型4图 7.15 修改弹簧支点条件在模型 1, 2, 3 左右梁的相邻部分输入弹性连接条件。弹性连接刚度以单元局部坐标系为基准输入。参考在线帮助的 “弹性连接” 部分模型 / 边界条件 / 弹性连接 选择 添加/替换 弹性连接数据 连接类型 一般类型 ; SDx ( 1 ) ; 2 点 ( 6, 7 )8 弹性连接数据 连接类型 一般类型 ; SDx ( 10000 ) ; 2 点 ( 18, 19 )8 弹性连接数据 连接类型 一般类型 ; SDx ( 10000 ) ; 2 点 ( 30, 31 )8 节点号(关)模型1模型2模型3模型4只受拉弹性连接和只受压弹性连接在分析过程中通过反复的分析中得到收敛值，详细事项参照用户手册“非线性边界分析”部分 图 7.16 输入弹性连接单元在模型 4的中间输入内部铰接。模型 / 边界条件 / 释放梁端约束 单元号(开) 单选 ( 单元 : 35 ) 选择 添加/替换 选择类型释放比率 j-节点 My (开) 模型1模型2模型3模型4图 7.17 输入内部铰接运行结构分析运行结构分析。分析 / 运行分析查看分析结果查看反力完成结构分析后，首先查看反力。 模型 1 : 因弹性连接刚度较小,所以加载在左右连接点(节点6)的荷载由左侧构件承担。模型 2 : 因左侧构件支座抗旋转刚度较小，连接点的刚度较大,所以集中荷载传达到右侧构件。模型 3 : 支座的刚度和弹性连接刚度同时增大时,可以得出与两端固定且内部铰接的模型 4相同的结果。结果 / 反力 / 反力/弯矩 单元号(关)荷载工况/荷载组合 ST: 荷载1 反力 FZ 显示类型数值 (开) 数值 小数点以下位数 (2) ; 指数型(关) ; 适用于选择确认时(开) 模型1模型2模型3模型4图 7.18 节点荷载产生的反力查看变形图查看变形图。在模型 1左侧构件的沉降不影响右侧构件,而在模型 2发生几乎相同的沉降。结果 / 位移 / 位移形状 荷载工况/荷载组合 ST: 荷载1 成分 DXZ ; 显示类型 变形前 (开) 模型1模型2模型3模型4图 7.19 节点荷载产生的变形图查看弯矩查看各个情况下梁的弯矩。 随着弹性支座的刚度的增加，梁的力学性反应就越接近于一端固定的构件的情况。在电算构造分析中弹性支撑条件(point spring support)及弹性连接条件(Elastic Link)应用于直接调节支点和单元的刚度的情况，应用于只用节点、单元难以建立的模型，且为了反应支点的刚度、偏心而使用。结果 / 内力 / 梁单元内力图 荷载工况/荷载组合 ST: 荷载1 ; 内力 My 显示选择 精确解; 线涂色显示类型 等值线 (开) 数值 小数点以下位数 ( 1 ) ; 指数型(关) ; 最大和最小值 绝对最大值显示范围(%) ( 20 ) ; 适用于选择确认时 (开) 模型1模型2模型3模型4图 7.20 集中荷载产生的弯矩图习题1.比较不同边界条件下两种梁