MIDAS 培训资料

MIDAS培训材料第一章是关于迈达斯/文明1.1迈达斯软件/民用简介MIDAS系列软件是基于有限元理论的分析与设计软件。早在1989年，POSCO就成立了一个计算机辅助设计/计算机辅助工程研究开发机构来开发迈达斯系列软件，并于2000年9月正式成立了信息技术有限公司(简称迈达斯信息技术)。目前，MIDAS系列软件包括建筑(Gen)、桥梁(Civil)、岩土隧道(GTS)、机械(MEC)、基础(SDS)、有限元网格划分(FX)等软件。在计算机技术方面，MIDAS/Civil采用面向对象的计算机语言Visual C，因此可以充分发挥32位窗口环境的优势和特点。以用户为中心的输入和输出功能使用精确、直观的用户界面和尖端的cg动画技术，从而为考虑施工阶段或材料的时间依赖性的民用建筑建模和分析提供了极大的便利。在结构设计方面，MIDAS/Civil全面加强了实际工作中结构分析所需的分析功能。通过在现有的有限元库中增加索单元、钩单元和间隙单元等非线性单元，并结合施工阶段、时间相关性和几何非线性等最新的结构分析理论，可以计算出更加精确和实用的分析结果。建模技术采用自主开发的新概念计算机辅助设计形式的建模技术，可以进一步提高建模效率。特别是具有桥梁建模助手等高效自动建模功能，只要输入截面形状、桥梁特性、预应力桥梁钢梁位置等基础数据，就可以自动建立桥梁模型和施工阶段的各种数据。悬索桥成桥系统模型青滩大桥抗震设计的特征值分析栈桥模型桥墩柱的静力分析1.2迈达斯/民用的应用领域MIDAS/Civil的应用领域如下。所有形式的桥梁分析和设计钢筋混凝土桥、钢桥、组合梁桥、预应力桥、悬索桥、斜张桥大体积混凝土水化热分析桥台、桥墩、防波堤、地铁等基础建筑地下建筑分析地铁、通信电缆管道、水处理设施、隧道电站及工业设施的结构设计发电站、铁塔、压力容器、水塔等其他国家基础设施的结构设计机场、水坝、港口等1.3 MIDAS/民用功能*提供灵活多样的建模功能，如菜单交互、表格输入、导入计算机辅助设计等。*为刚架桥、板桥、箱梁桥、顶推法桥、悬臂桥、移动/全框架桥、悬索桥和斜拉桥提供建模辅助。*提供中国、美国、英国、德国、欧洲、日本、韩国等国家的材料和截面数据库，以及混凝土收缩徐变规范和移动规范。*提供工程实践中所需的各种有限元模型，如桁架、普通梁/侧截面梁、平面应力/平面应变、仅拉伸/压缩、吊钩、缆绳、板、实体单元等。*提供静态分析、动态分析、静态/动态弹塑性分析、几何非线性分析、优化索力、屈曲分析、移动荷载分析(影响线/影响面分析)、支座沉降分析、施工阶段分析、接头截面施工阶段分析等功能。*在后处理中，可以根据设计规范自动生成载荷组合，也可以添加和修改载荷组合。*可以输出各种反作用力、位移、内力和应力的图形、表格和文字。*经过结构分析后，可以设计和检查各种类型的梁和柱截面。1.4分析框图1.5操作界面第二章土木结构分析2.1 MIDAS/土木工程中的数值分析模型结构分析模型由三个元素组成：节点、元素和边界条件。其中，节点用于确定组件的位置；单元是用分析模型数据来表示结构构件的单元，分析模型数据根据有限元方法被连续的结构构件所划分。边界条件用于表示研究对象结构和相邻str之间的联系所谓结构分析是为了研究结构的力学特性，建立结构的数值分析模型，并利用假定的外部环境，对数学模型进行理论实验分析的全过程。在结构分析中，必须准确地表达结构特征和结构所处的外部环境。外部环境主要指负荷因素。它可以通过规范或一些现有的统计数据获得。然而，掌握结构的特性并充分理解结构的力学性质并不是一件非常简单的事情。它将直接影响结构的应力分析结果。因此，在结构分析中，必须充分细致地了解实际结构的材料特性，掌握结构的变形能力，即刚度，并选择合理的有限计算单元，使计算结构模型更接近实际结构，计算结果与实际结构一致。然而，结构的形状通常是复杂的，并且很难准确地掌握其材料的物理特性。将结构的刚度(即变形能力)和质量准确地反映到计算结构模型中需要耗费大量的精力和时间，有时可能会产生事半功倍的效果。因此，在结构分析中，在不破坏整体结构特性的前提下，必须对计算结构的数学模型进行简化和调整，以最小的投资获得最佳的结果。例如，当建立桥梁主梁的数学模型时，不使用板状元件(平面应力元件或板状薄板)单元)，同时使用线性单元(桁架单元或梁单元)，不仅缩短了结构分析时间，而且更便于结构设计。所谓有限元是用分析模型数据表达结构部件特性的单元。单元，由连续结构构件用有限元法划分而成。它必须充分反映结构应力特征，但通常很难用数学方法来充分反映实际结构的固有特征。因此，作为使用者，必须充分了解实际结构的力学性能，掌握各种有限元的受力情况。学习特性，以便更好地选择有限元，正确地做结构分析和设计。2.2坐标系和节点迈达斯/民用软件使用以下坐标系。.整体坐标系.元素坐标系.节点局部坐标系全局坐标系是一个空间笛卡尔坐标系，其x、y和z轴满足右手螺旋规则，三个轴的方向由大写的x、y和z表示。通常，该坐标系用于表示节点坐标、节点位移、节点反应和其他与节点相关的输入数据。全局坐标系是用于确定被分析对象结构的空间位置的坐标系。启动MIDAS/Civil软件，在系统界面的窗口区域，将自动生成参考点，即全局坐标系的原点X=0，Y=0，Z=0和全局坐标系。其中，Z轴的方向平行于重力加速度的方向并与之相反。因此，在利用软件建立结构计算模型时，建议结构的垂直方向应平行于全球坐标系的Z轴，这将有利于结构分析。单位坐标系也是一个空间直角坐标系，其x、y和z轴满足右手螺旋规则，三个轴的方向可以用小写的x、y和z来表示。通常，坐标系用于表示单元的内力、单元的应力以及与单元相关的其他输入数据。当结构末端节点的约束(支撑)方向、弹簧支撑方向和强迫位移方向与全局坐标系的坐标轴方向不重合时，通常采用节点坐标系。节点坐标系也是一个空间直角坐标系，x、y和z轴满足右手螺旋规则，三个轴的方向可以用小写的x、y和z表示。全球坐标系和nod板元平面应变单元平面轴对称单元固体元素输入有限元是输入与单元的类型、材料特性和刚度相关的数据，以及输入确定单元的位置、形状和尺寸的节点数据的过程。2.3.1桁架单元一般事项由两个节点组成的桁架单元属于“单轴拉压三维线单元”，只能传递轴向拉力和压力。该单元通常用于分析空间桁架或斜撑的力。单位自由度和单位坐标系桁架单元的两端沿单元坐标系的X轴有一个位移，它有两个自由度。单元坐标系是单元内力和单元应力输出的参考。在梁单元上，单元的剪切刚度和弯曲刚度的输入方向基于单元坐标系。因此，在进行结构分析时，必须正确理解单位坐标系的概念。对于仅具有轴向刚度的单位，如桁架单位、仅拉伸单位和仅压缩单位，只有单位坐标系的X轴才有意义。它是确定结构变形的参考，但窗口上桁架截面的方向可通过使用Y轴和Z轴来确定。为了方便用户使用MIDAS/Civil软件，通常可以用角来表示单位坐标系的Y轴和Z轴方向。在线性单元的单元坐标系中，x轴的方向将平行于节点N1和节点N2的连线方向(参见下图)。如果单位坐标系的x轴平行于全局坐标系的z轴，则角是全局坐标系的x轴和单位坐标系的z轴之间的夹角。该角度的正负符号根据右手螺旋规则确定，单位坐标系的X轴为旋转轴。如果单位坐标系的X轴和全局坐标系的Z轴彼此不平行，则角是由全局坐标系的Z轴和单位坐标系的x-z轴形成的平面之间的夹角。角概念元件内力输出该装置的输出内力符号如图1.3所示，其中箭头所示方向为正 。规定了桁架单元的单元坐标系和单元输出内力(应力)的符号规则。2.3.2横梁元件一般事项它由两个节点组成，属于“等或非均匀三维梁单元”。它具有拉伸、压缩、剪切、弯曲和扭转的变形刚度(根据Timoshenko梁理论)。当梁的横截面积不沿长度范围变化时，在对话框窗口中输入横截面积；当梁的横截面积沿长度范围变化时，梁两端的两个横截面积被输入到对话框窗口中。在用MIDASI/Civil软件分析变截面梁时，截面面积、有效剪切截面和扭转刚度都被视为在X轴方向上的线性变化。然而，根据用户的选择，由横截面面积计算的横截面相对于横截面主轴的惯性矩可以形成为沿着X轴方向的一阶、二阶和三阶函数。单位自由度和单位坐标系无论是在单元坐标系还是在全局坐标系中，梁单元的每个节点都有三个方向的线性位移和三个方向的旋转位移，因此每个节点有6个自由度。梁元素坐标系与桁架元素坐标系相同。相关函数创建元素输入计算单元材料输入材料的物理特性部分输入部分属性梁端释放确定两个节点的连接模式(释放梁端约束、刚性连接和铰链等)。)梁端偏移输入梁端偏心距离单元梁荷载输入梁荷载(作用在梁上的集中且均匀分布的荷载)线梁载荷确定载荷范围并输入线载荷。指定楼板荷载将楼板荷载转换为输入的梁荷载。预应力梁荷载输入预应力荷载值温度梯度输入温度梯度元件内力输出输出单元的内力符号如图1.9所示，箭头为正()。构件应力的符号与构件内力的符号相同。然而，当截面在弯矩作用下产生应力时，其符号被定义为正拉伸和负压缩。*内力的输出是指向正的箭头()。梁单元的单元坐标系和单元内力(或应力)的符号规则2.3.3板元件一般事项该单元是在同一平面上由3-4个节点组成的板单元，可用于解决工程中板沿厚度方向的平面拉伸、平面压缩、平面剪切和弯曲剪切等结构问题。MIDAS/Civil软件使用的板单元根据不同的面外刚度可分为薄板单元DKT、DKQ(离散基尔霍夫单元)和厚板单元DKMT、DKMQ(离散基尔霍夫-明德林单元)。其中，薄板单元是根据基尔霍夫板理论发展起来的。根据Mindlin-Reissner板理论，发展了厚板单元。由于板单元考虑了局部横向剪切应力的影响，因此对于薄板单元或厚板单元可以计算出更精确的结果。对于三角形板单元，板单元的面内刚度用线性应变三角形理论LST(线性应变三角形)表示。对于四边形板单元，单元的面内刚度采用包含模型的等参平面应力公式。输入板厚有两种方法，一种是输入板厚来计算面内刚度，另一种是输入板厚来计