《结构力学》实验课程——结构数值仿真-实验指导书(全套完整版)

1、结构力学数值仿真实验课程指导书结构力学实验课程结构数值仿真实验实验教学指导书土木工程学院结构实验中心结构力学结构仿真实验指导书一、实验内容、目标、要求1 .实验内容对结构力学课程中静定结构、超静定结构的内力、位移计算和结构影响线的 基础上，采用结构数值的计算方法，通过计算软件完成同一结构的仿真分析，并将两 种计算结果进行对比，找到数值分析方法和结构力学基本求解方法的差异，并对 电算原理进行初探性学习。2 .实验目的1）锻炼学生计算分析能力，激发学生的学习兴趣；2）通过仿真试验可拓展专业课的教学空间，激发学生学习兴趣，增加教与学的互 动性,使学生更多地了解复杂结构的试验过程,从而更深刻地理解所学

2、结构力 学课程内容。3）通过数值仿真计算和结构力学中解析法（力法、位移法等），验证所学结构 力学方法的正确性；4）对电算原理及有限元理论有初步认识，并开始初探性学习；3 .实验要求计算机，安装有MIDAS/civil等有限元计算软件。预习指导书和数值计算仿真 过程录像。二、实验指导内容每个学生必须掌握的主要内容有：1、连续梁结构仿真分析；2、桁架结构仿真分析；3、框架结构仿真分析；4、影响线及内力包络图分析。三、实验报告要求1、每人一个题目，完成结构的结构力学的手算计算，手算计算需要详细，要求手写在实验报告之中；2、在完成上述手算工作后，进行结构数值仿真计算，描述重要操作过程；3、结构数值仿真

3、计算结果打印在实验报告之中；4、将结构数值仿真计算结果与结构力学手算结果进行对照，误差分析;1结构力学结构仿真实验一一初级课程：连续梁例题讲稿初级课程：连续梁分析概述比较连续梁和多跨静定梁受均布荷载和温度荷载（上下面的温差）时的反力、位移、内力。3跨连续两次超静Model 2 ：3跨静定5.0 m 2.5 m I 5.0 m 2,5 m 5.0 mModel 3 ： 3跨连续1次超静定图1.1分析模型> 材料钢材：Grade3> 截面数值：箱形战面400X200X12皿> 荷载1 . 均布荷载：1. 0 tonf/m2 .温度荷载 ：AT = 5 'C （上下面的温度

4、差）设定基本环境打开新文件，以连续梁分析.q丁为名存档。集位体系设定为和tonf'。文件/ 口新文件文件/ /存档(连续梁分析)工具/单位体系长度m ；力tonf J图L2设定单位体系设定结构类型为X-Z平面c模型/结构类型结构类型'2平面设定材料以及截面材料选择钢材GB (S)(中国标准规格)，定义截而,模型/材料和截面特性/团材料名称(Graded)设计类型 > 钢材规范GB(S);数据库Grades J模型/材料和截面特性/ 截面截面数据被面号(1 ); 截面形状 > 箱形截面1用尸：如图输入；名称400X200X12 J«AM，”： aat.饮”工

5、02-i/n1 S ，、,-. «mc。选择“数据库”中的任 京材料，材料的葛本特 性值弹性模量、泊松 比、线膨胀系数、容重） 将自动给出|r w用雳管室赍 ，“上什必?，匕Kr，愕三工ifftt，”增*nituni比VJrmuw3amr”皿EH，图L3定义材料图L4定义截而建立节点和单元为r生成连续梁单元，首先输入节点。应正面, “捕捉点（关），堂捕捉轴线（关）u叁照用户手册的“输/捕捉节点g, r捕捉单元（开，自动对齐入单元时主要考虑本项”模型/节点/ L'建立节点坐标（工，y, z ） （ 0, 0, 0 ） JtlbK*nq 1A1> b0工0W ：丸C。瓦 i

6、c M>S44Q0，v 'W a 学“次珍丘 W” S。3 “X LtfWb K)v fcxirr>«»之:'效，w16s l m I»t*irc f-3 RS a. ,3泮支上J.3£.txl?xRHgIUE9诞麻6f图1.5建立节点用扩展单元功能来建立连续梁。模型/单元/已扩展单元l®l全选扩展类型 > 节点分线单元U输入菜单元.关于梁 单元的详细事项参照 在蛾帮助的.单元类 型”的“梁单元”部分玳元属性）中元类型 > 梁单元0材料 > 1：Grades ；微面）1： 400*200*12 ；

7、Beta 角（0 ）生成形式复制和移动；复制和移动 > 任意间距方向x ；间距（305/，8010/8, 305/3 ） J犬内匕HOM S匕 ,皿，我机空工JUD BS） 3X. ” ,、4. Q.三|他d(5氏2K4UU三c，。 a 村叱二；。IU Uc M A A DC?、q :m a H 5 二00也已£2-一，"上eaaA，3*»F© :中也 E<30t3xcy输入边界条件花江多 ?|益文冷Q） *幅名）双田EH包）由就U 名）8星S%dtJWSR之丁未MWBh同er方向）奇和 C Wr i-ML& r fjy r it r

8、sea-tl /上®电e®点“小Va国图芭汕MXE<"G/ ift计）（14如今询攻）工具双）H口5用用好_ O Xr / r J）X"盘 0L一引落巴态能0通回夕 年均® 2分&次今瞥&： 屿皆口 Y X3维空间的节点有6个自由度（Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz）。但结构类型已设定为X-Z平面（程序将自 动约束Y方向的位移Dy和绕X轴和2轴的转动Rx,Rz）,所以只剩下3个自由度（Dx, Dz, Ry）。较支座约 束自由度Dx, Dz,滚动支座约束自由度Dzo模型/边界条件/ 一股支承产节点号（开）名单选（

9、节点：4 ）选择添加；支承条件类型 Dx, Dz （开）刍做谢节点：1, 12, 15 ）;支承条件类型 Dz （开）【OAS/GbI 8 % 4夕 【DCcxn '势”结精力号"：" 无依第分析】 【袈？口】图图L7输入边界条件输入荷载定义荷载工况为输入均布荷载和温度荷载，首先定义荷载:况荷载/静力荷裁工况名称(均布荷载)；类型 > 用户定义的荷载(USER)名称(温度荷载)；类型 > 用户定义的荷载(USER) J图1.8输入荷载条件U有裁方向与整体坐 标系*方向相反, 入荷载为“-1工输入均布荷载给连续梁施加均布荷载1 tonf/mo C荷载/梁单

10、元荷载(单元)节点号(关)画全选荷载工况名称均布荷载；选择,添加荷载类型;均布荷载；方向 整体坐标系Z ；投影)否数值相对值；xl ( 0 ) ; x2 ( 1 ) ; W ( -1 ) J。外gnew 5心刃山 击4” 我oj Ma- iad eara *h,我 2 夕僧色 M»S aF 名 I-F %二r/ 1' 丁时 fi a lli二！二：二 ； DcaQ 一 JJ.BT:脸®A>3/4 6Q+ +0A q sair ” 吨 Ift wwa r «>ta-F=F 1=a 、:a I -»1小卜加u ”西sr j图L9输入均布荷

11、载，&*.;.3.1*1?"尤$ / ，7/42:¥彳6 e输入温度荷载输入连续梁的上下面温度差（AT = 5）。输入温度差后，根据材料的热膨胀系数、温差引起的梁截面产生的应力考虑为荷载。Q显示梁单元荷载（关）荷载/温度梯/葡载全选荷载工况名称）温度荷载；选择）添加；中元类型梁温度梯度 T2z-Tlz （ 5 ） J9-4 WOf WO ®«>MJ «<JU*力U feliu «K；O >«0X)IJUD «om> «*1口 3。>口,，./口电性 X9SAAQQ图k

12、3 il3X13 1 20E'GJ 5 rjy %“村* 尸】 = >/缶=6 A” .5c “ m |:mi小a尸jnirr图1. 10输入温度荷载Gl(YIlgoMXBy:/*.;.忠小rtpxaNgg342fe，上»®©qba华小-4'®因代中/<，二-hK 虻 2«2SD |22巫M分崂./niiuiu；o,a og a o. o|wi臣 If3(TS Y X复制单元豆制连续梁（模型1）来建立室跨静定梁（模型2,模型3）。为门司时夏制连续梁（模型1）均布荷载、 温度荷载、边界条件，使用发制节点属性和曳制单元属

13、性功能。Q显示边界条件一般支承（开）模型/单元/个单元的良制和移动：全选形式 > 旦制；移动和更制等间距dx, dy, dz （ 0, 0, -5 ）；豆制次数（2 ）豆制节点属性（开），俱:制单元属性（开）浜IPAS/Cznl V83,3 -【0八d外理玷Q用010321.正埃梁分收】l*T»Ql匚 3歹国宝NS MQP也由90小型6色U 8期期&计）假式壁 Q）工««）*| XD*q ae &匕 T T也吆齿正20取1£ *拿后© 广£施，切EH二恢她|3 同一58 FT碓五 » M«c）

14、 1 ”功0皿第 广爷.2*-右 L3-WHK &方,击 M。，t .及F-il r s»r®iW I/ a 0.b ¥ r scRMWtt 0 <j r sc %或“ 仁引 2X图L11豆制单元输入较接条件在红制的连续梁输入内部较支座来建立多跨静定梁。在梁小元的端部使用摩成粱雌雄功能来生成被接条件。U关于内部校支的详细说明参照在线帮助的拜放梁箱约束”部 分模型/近驻条件,糅放梁端约束2单元号（开）单选（他元：19, 23, 33 ）选择 > 添加/替换选择样放和约束比率 > 十节点> My （开），Mz （开）（或接钱| ） j（

15、r：Mnv*1整/必杓力单。（:_»«58.旋然费分 ）%文1ts M>z> !UB¥荷歌5 幺蜻谑，Q> &"Q>懵太公茶诲物工中胃口 5 »3D6U小& Y Y .，/a工3 *»，禺小品也由 MX A4QG%X* 2-3AI-3：做63区冷后04、或今 法h凄3mvao |gttMtl 要Z1 .迫讨得£»»u«2.atm ， £M*va c 保U生成梁单元时，随着先 指定的：节点和后指定 的j节点的生成决定坐 标系只要在图标菜单匚1显示

16、的单元表单下打开抬元坐 标湖和周邢方礴可以确 认。3也小*qxli宾6 ，上哈卜心夕小，FeGdq-!-dliOHWW：U,Q电飞A>aaAW«B7图1. 12 输入较支支座运行结构分析对连续梁和多跨静定梁运行结构分析。分析/瞥运行分析,，ldPX沿8al查看分析结果查看反力比较均部荷载作用下连续梁和多跨静定梁的反力。2单元号（关）日显示边界条件 > 一般支承（关，释放梁端约束（开）结果/个反力和弯矩荷载工况/荷我组合ST:均布荷载；反力）FXYZ显示类型 > 数值（开），图例（开）数值二J小数点以下位数（1 ）;指数型（关）；适用于选择确认时（开）MIDAS.i&

17、#39;GvnVtLl.l -:QmimmhU I，,】cq1历，M £， 1J 协5>D 6。帝kU - -口力|位.Mid 曲5 至M 克伪D分睛 衽给出Mitill） m砒）工舄 g的ItthMiX 二 号& T±0®3氏小©也改 *拿Qjp苞'内力 ma ： ,w«d iC n C n C rz C mz c n r « r k r mz r .5：ir 8«ux2)文及方 ”-34 rr，occccfcw r，occcct*cw B 加，“S*»5“02M*X XMW t*«

18、;$，sg. ccwao*IFmT-C M«ew><«ts u4 3”，t.a“4Ut询WY.&31XH 1G，A25,a I4，oxcon,此 ci*S jw i$ acos«aiLY a«tem total swjnce nw 。团【生】D««RMM.dH5nW图1.13均布荷载引起的反力以表格的形式查看均布荷载引起的的反力。比较外荷载总合和反力的总合来查看模型的建立和荷载 的输入是否恰当。例题Z轴方向荷载为1.0 tonf/m3X20 mX3 = 60 tonf,与表格中Z轴方向的反力（FZ）总和相等。结果/

19、分析结果表格/反力荷载组合,均布荷载（ST）（开）；温度荷载（ST）（关）芍点由软TK (tonf)FY Gonf)jr(ionf)XXXT (toxif*n)KZ1均将荷登0 oooooo0. OOCOOOi owozza oooog0. oooooo0 oooooo4均布荷收0 oooooo0. ooooooe. 9029760. COOOOO0. ooocoo0.00000012均将苗香0 oooooo o oooooo0 oooooo0. oooooo2.90297g1.0370220. OOOOOO0. OOOOOO0. oooooo0. oooooo0 oooooo0 oooooo

20、15的布衣蜕1G均在而笑o ooooooo. ooooooO.G 250000. OOOOOO0. oooooo0.00000019均布谷较0 oooooo0. oooooo9. ”50000.0000000. oooooo0. oooooo0. oooooo0.0000000 oooooo2T均将宿笠0 oooooo0. oooooo3. ?nooo30均布荷籍0 oooooo0. oooooo0.6250000. oooooo0. oooooo0.00000021均质而较0 oooooo0. oooooo0.4622 聪0. oooooo0. ooocoo0.00000034的扁帽蚣0 o

21、ooooo0. oooooo3.8448350. oooooo0. oooooo0 oooooo42均在宿登o oooooo0. oooooo$. 531 $410. oooooo0. oooooo0.00000045均将荷堂0 oooooo0. oooooo1.09493G0. oooooo0. oooooo0.000000成为合力TA (tortfjFY (tcaf)yz (,oV由在而笑0 oooooo0. ooooooGO.OOOOOO图1. 14反力结果表格比较对温度荷载的反力。结果/图反力和弯矩荷载工况/荷载组合ST：温度荷载；反力> FXYZ 显示类型数值（开），图例（开）

22、&文前 «*n K©9 WW 加询 她导出 西机 MW 10 IMCU 口刈MtMttJ业为口。> 今£ ,山、9 r r；7 y A S4aM：，先小心 叵 X>* A&OG?尸 21MlM1HlM11MlM11aBM11aHM1MM1aHM10VMM01aBM1alM1HHM1H1MMM1MBM1al1MMM1HHM1aHM1MM1MM1MM1aMM0MMMBM1HHi1HBM1H11HM1aH1MHM0HBM0MH1M1HMi1aMM1MH1MHM1HHM1aMl1H1HHM01HMM1aB1HB1MM1MM11MMM1HHM1M

23、lM1HlM1HHM1aMM1alM椅由 3 ?1）忠 司痣里（2氐右饵（8因）电/与 >箝工学墟乡 6 fl息力恢用附眼力|F>53 J费金1旧更优c=|rr Ulffwft3E I3互力 r m r Ft rn ° mi r tc r tf r « 广 szrg已定如P ©il 7 EMOMW：小|t »»»一| 即 | 川 | rt 画 i«t?»D 竺工空担J模型1ion dmt jte cs svxEssnur catrirro0 0 （<<mu gmcn vai模型3X.” &l

24、t;U r.*U>4tl.S<k<lr«Dl-C_DMAi£MtQ：*“imlCMk加i rx. MMoeMFY. 3»X*OM 0 2XGCK3 WY2, 2XGC«-«>lZIg»* 6叩方 WEC* ':石»，？” GKJB$. wrT 口，8mm皆KiCMO1I殳；i c Atl 亡& saHW-q “UUlA11L16g四的0,X图1. 15温度荷载产生的反力查看变形图查看温度荷载产生的变形图。DXZ=Y质F产.Q显示边界条件 一般支承（开）J结果/变形/ K变形形状荷载工况

25、/荷载组合 ST：温度荷载；变形 DXZ 显示类型变形前（开），图例（开）IDAS/Civtl鳖期/杓力母AMY'1”'，.族飨翼分析-（tftffwnj力?啜, 1小1，as«» 5rg为折3浪计，如穆我公黄碑皿 工nr，so a） 耐加d0:h ：， aa t 、*。乐：，裁ncm用即 3 al 3&r鼠力区法内力笈力任歌伏3jJ街款诬RtSmr 5 d "r -r wr nr nC WYe >12 G l>Xr wyzF W J万碇病 r u>a p ew r«» jj r «e jEl

26、la/，* * ，y can ;；,ttcsa|模型1"右小 QltHvIT座 XI寅 6 一 一上elIBe喻也争小 »«会 十 Z-切X及 M>S 4 AQQ?尸二©尊智M纪制於少 一 £ 2Nig 加”P03r+，cces50nCdXY- £x/X"*力xQMuXCCMS*。1YOMCCfCW r*X-t>qihm 入won2«XE"iA史如QXJ力wcc.ccc5T- &««*府才口V'f)Of>】suautoj nwo %【，“】<1小

27、卜T卡/，夕新au ru. o. a. -io'j.a o. -io图1. 16温度荷载产生的变形图查看内力查看均布荷载产生的结构的弯矩。结果/内力/ V梁单元内力图荷载工况/荷我组合ST：均布荷载；内力> My选择显示> 5点；不涂色；系数（20）显示类型,等值线（开），数值（开，图例（开）数值二I小数点以下位数（1 ）；指数型（关）；适用于选择确认时开）多跨静定梁（模型2）与连续梁（模型D相比，可以看出跨中弯矩减小,但支点弯矩增大的情况。 还可以看出，设有一个钱的多跨静定梁（模型3）的较支点弯矩与（模型2）类似，无较部分 的弯矩与（模型】）类似。7：iI0AS/Cxv.

28、l I 6.3.3年：c”i八整理5杓力学Y_Mx« 1.集飨羹分析J(ttffWnj鼻力和0 t叩h0-yi aa«> cr«u分析36军如 痴+® 程攵必 新中a imid eon） «n）-a«DcQSa r -r ，/>* $0制：，£, 小 © 电吱幡际3反力仅：5内力|丘力|I镇无内力IB二一rw I'r *r 不“5点» Hite.51? po- LH体傅etsaap 铮x» j 厂 * 4 p »i» p ei j港1 j rr -津 xji r中01jq on大厂r 2彩国39: y 百女 eelsl ,.切XM>S A AQQ?尸