培训体系MIDAS企业管理知识培训资料

1、培训体系） MIDAS 企业管理知识培训资料MIDAS 培训资料 第壹章关于 MIDAS/Civil 1.1midas 软件 /Civil 简介MIDAS 系列软件是以有限元为理论基础开发的分析和设计软 件。早于 1989 年韩国浦项集团成立 CAD/CAE 研发机构开始专门研 发 MIDAS 系 列 软 件 ， 于 2000 年 9 月 正 式 成 立 InformationTechnologyCo.,Ltd.( 简称 MIDASIT) 。目前 MIDAS 系 列软件包含建筑( Gen )，桥梁(Civil) ，岩土隧道 (GTS)，机械(MEC) ， 基础(SDS) ，有限元网格划分 (F

2、X+) 等多种软件。于计算机技术方面， MIDAS/Civil 所使用的是客体指向性计算机语 言 VisualC+ ，因此能够充分地使 32bit 视窗环境的优点和特点得到 发挥。以用户为中心的输入输出功能使用的是精确而且直观的用户界 面和尖端的电脑图形技术，从而为考虑施工阶段或者材料时间依存性 的土木建筑物的建模和分析提供了很大的便利。于结构设计方面， MIDAS/Civil 全面强化了实际工作中结构分析所 需要的分析功能。通过于已有的有限元库中加入索单元、钩单元、间 隙单元等非线性要素，结合施工阶段、时间依存性、几何非线性等最 新结构分析理论，从而计算出更加准确的和切合实际的分析结果。建模

3、技术采用的是自行开发的新概念 CAD 形式的建模技术，能够 更加提高建模效率。特别是由于拥有如桥梁建模助手等高效自动化建 模功能，所以只要输入截面形状、桥梁特点、预应力桥的钢束位置等 基本数据，就能够自动建立桥梁模型以及施工阶段的各种数据。 悬索桥完成系模型为青潭大桥的抗震设计所进行的特征值分析桥台地铁MIDAS/Civil 的适用钢筋混凝土桥、钢桥、桥墩、防波堤、1.2MIDAS/Civil 的桥、上下水处理设施、隧道发电站、铁塔、压力容器、水塔等飞机场、大坝、港湾等1.3 MID特点*提供菜单交互式*提供刚构桥、板型桥、箱梁桥、顶推法桥梁、悬臂法桥梁、/ 满堂支架法桥梁、悬索桥、斜拉桥的建

4、模助手。*提供中国、美国、英国、德国CAD 等灵活多样的的、韩国等国家栈桥模型面数据库，以及混凝土收缩和徐变规范和移动何于规范。*提供桁架、壹般梁 / 边截面梁、平面应力 / 平面应变、只受拉 / 只受压、 钩、索、板、实体单元等工程实际时所需的各种有限元模型。 *提供静力分析、动力分析、静 / 动力弹塑性分析、几何非线形分析、 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、联合截面施工阶段分析等功能。* 于后处理中， 能够根据设计规范自动生成荷载组合， 也能够添加和修 改荷载组合。*能够输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本。 *可于进行

5、结构分析后对多种形式的梁、柱截面进行设计和验算。1.4 分析框图1.5 操作界面第二章土木结构分析2.1MIDAS/Civil 中的数值分析模型结构分析模型是由节点、 单元及边界条件三要素所构成的。 其中， 节点是用来确定构件的位置；单元是用分析模型数据表达结构构件的 元素，它是由连续的结构构件按有限元法划分而成的；边界条件是用 来表达所研究的对象结构和相邻的结构之间的连接方式。所谓的结构分析就是为了研究结构的力学性能，建立结构的数值 分析模型，利用假定的外部环境作用，对数学模型作理论性的实验分 析的总过程。于结构分析时，需要准确的表现结构的特性和结构所处的外部环 境。其中外部环境主要就是指荷

6、载因素。可通过规范或者壹些现有的 统计资料得到。可是，要想把握好结构的特性，充分地了解结构的受 力性能，则不是壹件非常简单的事情。它将直接影响到结构的受力分 析结果。因此，作结构分析时必须充分细致的了解实际结构的材料特性， 掌握结构的变形能力即刚度，选择合理的有限计算单元，使得计算结 构模型同实际结构相接近，使计算结果同实际结构相符合。可是，通常结构的形状是复杂的，而且很难精确地把握其材料的 物理特性。要想把结构的刚度（即变形能力）和质量精确地反映到计 算结构模型上，将会花去很大的精力和时间，有时有可能带来事倍功 半的效果。 因此，进行结构分析时， 于不破坏整体结构特征的前提下， 必须做到简化

7、、调整计算结构的数学模型，使得用最少的投入，得到 最佳的结果。例如，对桥梁的主梁建立数学模型时，不使用板形单元（平面应 力单元或板单元），而采用线形单元（桁架单元或梁单元）时，不但缩短结构 分析时间，而且更便于作结构设计。所谓的有限元（ FiniteElement） 就是用分析模型数据表达结构构 件特性的元素，它是由连续的结构构件按有限元法划分而成的。它必须充分 的反映结构受力 特性，但通常很难做到用数学的方法完整地反映出实际结构固有 的特性。因此，作为用户必须充分地了解实际结构的受力性能，掌握好各 种有限单元的力学特性，以便较好的选择有限单元， 正确地做到结构分析和设计。2.2 坐标系和节点

8、MIDAS/Civil 软件使用如下几个坐标系系统。.全局坐标系 (GlobalCoordinateSystem).单元坐标系 (ElementCoordinateSystem).节点坐标系 (NodelocalCoordinateSystem)全局坐标系是由 X、Y、Z 三轴满足右手螺旋法则的空间直角坐标 系(ConventionalCartesianCoordinateSystem)，用大写 X、Y、 Z表示三个轴的方向。通常利用该坐标系表达节点坐标、节点位移、节 点反力及关联于节点的其它输入数据。全局坐标系是用来确定所分析对象结构空间位置的坐标系统。启 动 MIDAS/Civil 软件，

9、于系统界面视窗区，将自动生成基准点 (ReferencePoint) 即全局坐标系的原点 X=0 、Y=0 、Z=0 和全局坐标 系统。其中 Z 轴的方向平行于重力加速度方向且和其反向。因此利用 软件建立结构的计算模型时，建议做到结构的垂直方向和全局坐标系 的 Z 轴平行建模，将有利于结构分析。单元坐标系也是由 x、 y、z 三轴满足右手螺旋法则的空间直角坐 标系统，可用小写 x、 y、z 表示三个轴的方向。通常利用该坐标系表 达单元内力、单元应力及关联于单元的其它输入数据。结构端部节点 的约束(支撑)方向、弹簧支撑方向及节点的强制位移方向同全局坐 标系的坐标轴方向不相吻合时，通常采用节点坐标

10、系。节点坐标系也是由 x、 y、z 三轴满足右手螺旋法则的空间直角坐 标系统，可用小写 x、y 、z 表示三个轴的方向。全局坐标系和节点坐标2.3 单元种类及主要考虑事项MIDAS/Civil 使用以下几种单元类型。(TrussElement)(Tension-onlyElement, 包含Hook 功能 )(CableElement)(Compression-onlyElement, 包含Gap 功能)/ 变截面梁单元 (BeamElement/TaperedBeamElement)(PlaneStressElement)(PlateElement)(2DPlaneStrainElement

11、)(2DAxisymmetricElement)(SolidElement) 输入有限单元就是输入关联于单元的种类、材料特性、刚度大小 的数据和输入确定单元位置、形状和大小的节点数据的过程。桁架单元 (TrussElement)壹般事项 由2个节点构成的桁架单元是属于“单向受拉 - 受压的三维线性单元 (UniaxialTension-Compression3DLineElement) ”，它只能传递轴 向的拉力和压力。通常利用该单元做空间桁架结构 (SpaceTruss) 或交 叉支撑结构 (DiagonalBrace) 的受力分析。单元自由度和单元坐标系 桁架单元的俩端各有壹个沿单元坐标系

12、的 x轴方向的位移，它具有俩 个自由度。单元坐标系是单元的内力及单元的应力输出的基准。于梁 单元上，单元的抗剪刚度和抗弯刚度输入方向依据单元坐标系。所以 于做结构分析时必须正确地理解单元坐标系的概念。对于桁架单元、只受拉单元及只仅受压单元等只具有轴向刚度的 单元而言， 只有单元坐标系的 x 轴有意义，它是确定结构变形的基准， 但利用 y 、z 轴可确定桁架截面于视窗上的方向。为便于用户使用 MIDAS/Civil 软件，通常可利用角来表示单元 坐标系的 y,z 轴方向。线性单元的单元坐标系里， x 轴的方向将平行于节点 N1 和节点 N2 的连线方向(参照下图)如果，单元坐标系的 x 轴平行于

13、全局坐 标系的 Z 轴，角是全局坐标系 X 轴和单元坐标系 z 轴件的夹角。该 角度的正负符号是，以单元坐标系的 x 轴为旋转轴依据右手螺旋法则 来确定。如果单元坐标系的 x 轴和全局坐标系的 Z 轴不相互平行时， 角是全局坐标系的 Z 轴和单元坐标系的 x-z 轴所构成的平面间的夹 角。角概念单元内力输出单元的输出内力符号见图 1.3 所示，图中以箭头指示方向为正 “ + ”。桁架单元的单元坐标系及单元的输出内力(应力)符号规定梁单元( BeamElement )壹般事项这是由 2 个节点构成的，是属于“等截面或变截面三维梁单元 (Prismatic/Nonprismatic3DBeamEl

14、ement) ”，它具有拉、压、剪、 弯、扭的变形刚度 (依据 TimoshenkoBeamTheory) 。当梁截面面积沿长度范围内不发生变化(PrismaticBeamElement) 时，把壹个截面面积 (Section) 输入到对话 窗口；当梁截面面积沿长度范围内发生变化 (Non-PrismaticBeamElement) 时，把梁俩端的俩个截面面积输入到 对话窗口。利用 MIDASI/Civil 软件分析变截面梁时，截面面积、有效 抗剪截面及截面的抗扭刚度均见作是 x轴方向的线性函数 (LinearVariation) 。而横截面面积对该截面的主轴计算的截面惯性矩， 按用户选择的不

15、同，沿 x轴方向能够形成为 1次、 2次、3次性函数。单元自由度及单元坐标系 无论是于单元坐标系仍是于全局坐标系里，梁单元的每壹个节点 均具有三个方向的线性移动位移和三个方向的旋转位移，因而每壹个 节点具有 6 个自由度。梁单元坐标系和桁架单元具有相同的坐标系。CreateElements 输入计算单元Material 输入材料的物理特性Section 输入截面特性BeamEndRelease 确定俩节点的连接方式（释放梁端约束，刚结及铰BeamEndOffsets 输入梁端偏心距离ElementBeamLoads 输入梁荷载（作用于梁上的集中及均布荷载） LineBeamLoads 确定加荷

16、范围且输入线荷载AssignFloorLoads 将楼板荷载转换成梁荷载来输入PrestressBeamLoads 输入预应力荷载值TemperatureGradient 输入温度梯度输出的单元内力符号如图 1.9 所示，箭头指向为正（ + ）。构件应力的正负号规定和单元内力符号规定相同。但于弯矩作用 下截面上产生应力时，则以受拉为正、受压为负来规定其符号。*输出的内力是以箭头指向为正（ + ）。 梁单元的单元坐标系及单元内力（或应力）符号规定2.3.3 板单元（ PlateElement）此本单元是由同壹平面上的 3 到 4 个节点构成的平板单元PlateElement） ，于工程中能够利用

17、它解决平面张拉、平面压缩、 平面剪切及平板沿厚度方向的弯曲剪切等结构问题。MIDAS/Civil 软件所采用的板单元，根据平面外刚度不同能够把 单元划分成薄板单元 DKT 、DKQ(DiscreteKichhoffElement) 和厚板 单元 DKMT 、DKMQ(DiscreteKirchhoff-MindlinElement)俩种。其中 ， 根 据 KirchhoffPlateTheory 理 论 开 发 了 薄 板 单 元 ； 依 据 Mindlin-ReissnerPlateTheory 理论开发了厚板单元。由于板单元考 虑了局部的横向剪切应力的影响，因此对于薄板单元或厚板单元均能

18、计算出比较准确的结果。对三角形板单元，利用线性应变三角形理论 LST(LinearStrainTriangle) 公式化了板单元的平面内刚度。对四边形 板单元，利用了等参数平面应力理论 (IsoparametricPlaneStressFormulationwithIncompatibleModes) 公式化了单元的平面内刚度。输入板厚的方式有俩种，壹是为计算平面内的刚度 (In-planeStiffness) 输 入 板 厚 ， 另 壹 是 为 计 算 平 面 外 的 刚 度 (Out-of-Plane-Stiffness) 输入板厚。 当计算结构的自重或质量时软件 自动取用前者数据。如果用

19、户只输入了计算平面外刚度的厚度时，软 件取用该值。板单元的自由度是以单元坐标系为基准，每个节点具有x、 y、z轴方向的移动的线性位移自由度和绕 x、y 轴旋转的旋转位移自由度。单元坐标系是由 x、y、 z 三轴构成的，满足右手螺旋法则的空间直角坐标系。单元坐标系的方向类似于平面应力单元的坐标系统CreateElements 输入单元Material 输入材料的物理特性Thickness 输入单元厚度PressureLoads 输入沿单元变长分布的受压荷载值TemperatureGradient 输入温度梯度四边形单元的单元坐标系三角形单元的单元坐标系按以下方式输出平板单元的单元内力及应力，其符

20、号及方向依据单元坐标系或整体坐标系。下面以单元坐标系为基准对其说明。节点的单元内力是该节点的位移乘以该节点的刚度而得到。 节点和单元中心处的单位长度内力有平面内内力和平面外内力。这些内力能够按计算点处的应力对厚度积分方式计算。 于对钢筋混凝土构件设计时能够有效地利用单元的单位长度内 力值。节点和单元中心的应力是把于该单元积分点上 (GaussPoint) 应力 按外推法 (Extrapolation) 推算而得到输出的单元内力符号规定见图 1.28 所示，其中箭头指向为正 （ + ）。于节点和单元中心处，单位长度内力符号规定见图 1.29 所示， 其中箭头指向为正（ + ）。于节点和单元中心处，输出的单元应力可分为截面上部 （TopSurface） 单元应力和截面下部 （BottomSurface） 单元应力。符号 规定见图 1.30