ANSYS动力分析的基本功能及一维单元应用实例PPT教学课件

1、7 April 2005L7-19.1 9.1 ANSYS ANSYS 动力分析的基本功能简介动力分析的基本功能简介模态分析模态分析谐响应分析（不做具体介绍）谐响应分析（不做具体介绍）谱分析谱分析瞬态响应分析瞬态响应分析7 April 2005L7-29.1 9.1 ANSYS ANSYS 动力分析的基本功能简介（续动力分析的基本功能简介（续1 1） 模态分析模态分析 模态分析是所有动力学分析类型的最基础的内容；模态分析是所有动力学分析类型的最基础的内容； 模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术；模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术； 描述结构振动特性的基本要素：描述结构振动特性的基本要

2、素： 固有频率（自振周期固有频率（自振周期 1/ 1/固有频率）固有频率） 振型振型 振型参与系数振型参与系数 ( (特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动）特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动） 模态分析结果可以直接用于指导模态分析结果可以直接用于指导结构设计；结构设计； 根据根据模态分析结果可以定性知晓模态分析结果可以定性知晓结构对各类动力载荷的响应结构对各类动力载荷的响应 有助于在其它动力分析中估算求解控制参数（如时间步长）有助于在其它动力分析中估算求解控制参数（如时间步长）7 April 2005L7-39.1 9.1 ANSYS ANSYS 动力分析的基本功能简介（续动力分析的

3、基本功能简介（续2 2） 谐响应分析谐响应分析 确定结构在已知频率的正弦（简谐）激励作用下响应的技术确定结构在已知频率的正弦（简谐）激励作用下响应的技术； 荷载必须是荷载必须是已知大小和频率的谐波载荷（力、压力或强迫位移，可以是已知大小和频率的谐波载荷（力、压力或强迫位移，可以是 同一频率的多种载荷组合，各载荷可以是同相位也可以是不同相位）同一频率的多种载荷组合，各载荷可以是同相位也可以是不同相位）； 谐响应分析结果是与激励谐响应分析结果是与激励的节点谐位移（通常会与激励存在位相的节点谐位移（通常会与激励存在位相 差），以及由节点位移得到的其它导出量，如：应力和应变等差），以及由节点位移得到的

4、其它导出量，如：应力和应变等； 单位力作用下的单位力作用下的谐响应分析结果谐响应分析结果可以与富氏分析相联系可以与富氏分析相联系； 事实上，谐响应分析是模态叠加法的计算基础；事实上，谐响应分析是模态叠加法的计算基础； 谐响应分析结果谐响应分析结果可以直接用于指导作可以直接用于指导作旋转运动的结构设计；旋转运动的结构设计； 7 April 2005L7-49.1 9.1 ANSYS ANSYS 动力分析的基本功能简介（续动力分析的基本功能简介（续3 3） 谱分析谱分析 是模态分析的扩展，用于计算结构对地震及其它随机激励的响应是模态分析的扩展，用于计算结构对地震及其它随机激励的响应； 谱分析计算过

5、程是将谱分析计算过程是将模态分析的结果与一个已知的输入谱相联系，计算模态分析的结果与一个已知的输入谱相联系，计算 结构在该输入谱荷载作用下的响应位移、应力等；结构在该输入谱荷载作用下的响应位移、应力等； 谱分析由下列计算步骤构成：谱分析由下列计算步骤构成： 获得模态解获得模态解 计算谱解计算谱解 扩展模态扩展模态 组合各模态解组合各模态解7 April 2005L7-59.1 9.1 ANSYS ANSYS 动力分析的基本功能简介（续动力分析的基本功能简介（续4 4） 瞬态响应分析瞬态响应分析 是一种确定随时间变化载荷作用下结构响应的计算技术；是一种确定随时间变化载荷作用下结构响应的计算技术；

6、 瞬态响应分析的三种求解方法：瞬态响应分析的三种求解方法： 缩减矩阵法（缩减矩阵法（Reduced） 模态叠加法（模态叠加法（Mode Superposition） 缩减矩阵法仅允许结构中存在简单的点缩减矩阵法仅允许结构中存在简单的点 点接触形式的非线性；完整矩阵法点接触形式的非线性；完整矩阵法允许在分析中包括各种类型非线性，允许在分析中包括各种类型非线性， 如：几何大变形、接触、塑性等，但对硬件资源要求较高如：几何大变形、接触、塑性等，但对硬件资源要求较高 本次课重点介绍本次课重点介绍7 April 2005L7-69.2 9.2 实体建模及刚性楼板假定的实施实体建模及刚性楼板假定的实施分析

7、目的：分析目的：地震作用下结构的线弹性动力响应分析地震作用下结构的线弹性动力响应分析 模型规划：模型规划：梁、柱均采用梁、柱均采用 BEAM4BEAM4 单元、楼板采用单元、楼板采用 SHELL63SHELL63建立属性表：建立属性表： 单元类别：单元类别： E1, BEAM4, E1, BEAM4, ! ! 框架柱单元框架柱单元 E2, BEAM4, E2, BEAM4, ! ! 外环梁单元外环梁单元 E3, BEAM4, E3, BEAM4, ! ! 楼面梁单元楼面梁单元 E4, SHELL63, E4, SHELL63, ! ! 楼面板单元楼面板单元 材料属性：材料属性： M1, M1,

8、 ! ! C30 C30 混凝土混凝土 M2, M2, ! ! 型钢型钢 单元实参数：单元实参数：R1, E1, BEAM4, R1, E1, BEAM4, ! ! 框架柱单元框架柱单元 R2, E2, BEAM4, R2, E2, BEAM4, ! ! 外环梁单元外环梁单元 R3, E3, BEAM4, R3, E3, BEAM4, ! ! 楼面梁单元楼面梁单元 R4, E4, SHELL63, R4, E4, SHELL63, ! ! 楼面板单元楼面板单元参照讲义第参照讲义第3 3章交互式建模或执行命令流文件生成框架结构。章交互式建模或执行命令流文件生成框架结构。7 April 2005L

9、7-79.2 9.2 实体建模及刚性楼板假定的实施实体建模及刚性楼板假定的实施（续（续1 1）实施刚性楼板假定的实施刚性楼板假定的 GUI GUI 操作命令操作命令执行执行 Utility Menu Selet EntitiesUtility Menu Selet Entities 命令，弹出选取图命令，弹出选取图元对话框，在选取类型表中选元对话框，在选取类型表中选 NodesNodes，选取标准表中选选取标准表中选 By By LocationLocation，参数设定窗中输入参数设定窗中输入 Z Z 坐标限定范围坐标限定范围 MinMin，MaxMax为为（4 4，4 4），单击，单击OK

10、OK按钮，即选中按钮，即选中 1 1 层楼面的全部节点。层楼面的全部节点。 执行执行 Main Menu Preprocessor Coupling/Ceqn Rigid Main Menu Preprocessor Coupling/Ceqn Rigid Region Region 命令，弹出选取主节点对话框，图形上选中刚度中心处命令，弹出选取主节点对话框，图形上选中刚度中心处的节点的节点 120 120，单击，单击OKOK按钮；弹出选取从节点对话框，选中该层按钮；弹出选取从节点对话框，选中该层其余所有节点，单击其余所有节点，单击OKOK按钮，完成按钮，完成 1 1 层楼面的刚性楼板约束。层

11、楼面的刚性楼板约束。类似地，对类似地，对 2 2、3 3层实施刚性楼板约束层实施刚性楼板约束7 April 2005L7-89.2 9.2 实体建模及刚性楼板假定的实施实体建模及刚性楼板假定的实施（续（续2 2）！实施刚性楼板假定的命令流！实施刚性楼板假定的命令流! ! 定义定义 1 1 层楼面刚性楼板层楼面刚性楼板! !* */PREP7/PREP7 NSEL,S,LOC,Z,4,4NSEL,S,LOC,Z,4,4CERIG,120,ALL,UXYZ, , , , CERIG,120,ALL,UXYZ, , , , ! 193! 193号节点为该层形心位置，定义为刚度中心号节点为该层形心位置

12、，定义为刚度中心! ! 定义定义 2 2 层楼面刚性楼板层楼面刚性楼板! !* */PREP7/PREP7 NSEL,S,LOC,Z,8,8NSEL,S,LOC,Z,8,8CERIG,127,ALL,UXYZ, , , , CERIG,127,ALL,UXYZ, , , , ! 229! 229号节点为该层形心位置，定义为刚度中心号节点为该层形心位置，定义为刚度中心! ! 定义定义 3 3 层楼面刚性楼板层楼面刚性楼板! !* */PREP7/PREP7 NSEL,S,LOC,Z,12,12NSEL,S,LOC,Z,12,12CERIG,134,ALL,UXYZ, , , , CERIG,13

13、4,ALL,UXYZ, , , , ! 350! 350号节点为该层形心位置，定义为刚度中心号节点为该层形心位置，定义为刚度中心7 April 2005L7-99.3 9.3 模态分析求解过程模态分析求解过程模态分析模态分析 GUI GUI 操作流程：操作流程：执行执行 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis Main Menu Solution Analysis Type New Analysis 命令，弹出如左下图命令，弹出如左下图所示所示求解类型对话框求解类型对话框，选择，选择 ModalModal选项，单击选项，单击 OKOK 按钮；

14、弹出右下图所示按钮；弹出右下图所示模态分析选项模态分析选项对话框对话框，输入模态提取数，输入模态提取数（No. of modes to extractNo. of modes to extract）为为 2020，单击，单击 OKOK 按钮；弹出按钮；弹出Block Lanczos MethodBlock Lanczos Method 选项对话框，取默认值即可。单击选项对话框，取默认值即可。单击 OKOK 按钮。按钮。执行执行 Main Menu Solution Solve Current LSMain Menu Solution Solve Current LS 命令，进行模态分析。命令，

15、进行模态分析。求解类型对话框求解类型对话框模态分析选项对话框模态分析选项对话框 7 April 2005L7-109.3 9.3 模态分析求解过程模态分析求解过程（续）（续）! !* */ /SOLUTIONSOLUTION ANTYPE, MODAL ANTYPE, MODAL ！进行模态分析进行模态分析 MODOPT,LANB,20,0,0, ,OFF MODOPT,LANB,20,0,0, ,OFF ！选择模态分析方法、模态提取数选择模态分析方法、模态提取数MXPAND,0, , ,0 MXPAND,0, , ,0 ！选择模态扩展数选择模态扩展数LUMPM,0 LUMPM,0 ！选择质量

16、阵形式为选择质量阵形式为一致质量阵一致质量阵PSTRES,0 PSTRES,0 ！关闭预应力选项开关关闭预应力选项开关SOLVE SOLVE ！求解模态求解模态FINISH FINISH 7 April 2005L7-119.4 9.4 谱分析法谱分析法求解过程求解过程! !* */ /SOLUTIONSOLUTION ANTYPE,8ANTYPE,8SPOPT,SPRS,20,1 SPOPT,SPRS,20,1 ！谱分析法，取谱分析法，取 20 20 个模态计算个模态计算! ! 输入加速度谱值输入加速度谱值SVTYP,2,9.8, SVTYP,2,9.8, ！输入加速度谱，以重力加速度输入加

17、速度谱，以重力加速度g g为输入单位为输入单位SED,1,0,0, SED,1,0,0, ！定义定义 X X轴方向为地震输入方向轴方向为地震输入方向ROCK,0,0,0,0,0,0, ROCK,0,0,0,0,0,0, ! !* * FREQ, 0.111111, 0.125000, 0.142857, 0.166667, 0.200000 FREQ, 0.111111, 0.125000, 0.142857, 0.166667, 0.200000 FREQ, 0.222222, 0.250000, 0.285714, 0.333333, 0.400000 FREQ, 0.222222, 0.

18、250000, 0.285714, 0.333333, 0.400000 FREQ, 0.500000, 0.555556, 0.625000, 0.714286, 0.833333 FREQ, 0.500000, 0.555556, 0.625000, 0.714286, 0.833333 FREQ, 1.000000, 1.111111, 10.00000, 50.00000 FREQ, 1.000000, 1.111111, 10.00000, 50.00000 ! !* * SV, 0.05, 0.115940E-01, 0.131940E-01, 0.147940E-01, 0.16

19、3940E-01, 0.179940E-01SV, 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, 0.187940E-01, 0.208960E-01, 0.235640E-01, 0.270710E-01, 0.318980E-01SV, 0.05, 0.389930E-01, 0.428710E-01, 0.4766

20、50E-01, 0.537520E-01, 0.615710E-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-01SV, 0.05, 0.727630E-01, 0.800000E-01, 0.800000E-01, 0.360000E-01! ! SOLVE SOLVE FINISH FINISH 7 April 2005L7-129.4 9.4 谱分析法谱

21、分析法求解过程求解过程（续）（续）! !* * /SOLUTION/SOLUTION ANTYPE,2ANTYPE,2EXPASS,1 EXPASS,1 ！扩展模态扩展模态MXPAND,20,0,0,1,0.005, MXPAND,20,0,0,1,0.005, SOLVE SOLVE FINISHFINISH! !* * /SOLUTION/SOLUTION ANTYPE,8ANTYPE,8SPOPT,SPRS,20,1SPOPT,SPRS,20,1SRSS,0.005,DISP SRSS,0.005,DISP ！采用采用SRSS SRSS 叠加各模态结果叠加各模态结果SOLVESOLVEF

22、INISH FINISH ! !* *! !* *7 April 2005L7-139.5 9.5 瞬态地震响应求解过程瞬态地震响应求解过程! ! !* *set,st,0.01 set,st,0.01 ！设定时间步长设定时间步长 stst0.010.01 * *set,endpoint,100 set,endpoint,100 ！设定数组长度为设定数组长度为 endpointendpoint100100 * *dim,xforce,array,endpoint dim,xforce,array,endpoint ！定义数组名定义数组名 xforcexforce 和长度和长度* *vread,xforce(1),Seismic_x,txt vread,xforce(1),Seismic_x,txt ！以指定格式以指定格式(7F10.5)(7F10.5)从文件中读入数据从文件中读入数据(7F10.5) (7F10.5) * *VOPER,xforce(1),xforce(1),MULT,9.8, , , VOPER,xforce(1),xforce(1),MULT,9.8, , , ！对数组元素进行乘法运算对数组元素进行乘法运算7 April 2005L7-149.5 9.5 瞬态地震响应求解过程（瞬态地震响应求解过程（续）续）! ! !/SOLU /SO