ANSYS地震分析实例

1、ANSY弛震分析实例土木工程中除了常见的静力分析以外，动力分析，特别是结构在地震荷载作用下的受力分析， 也是土木工程中经常碰到的题目。 结构的地震分析根据现行抗震规范要求， 一般分为以下两类：基于结构自振特性的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。本算例将以一个4 质点的弹簧质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。 更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。关键知识点：(a) 模态分析(b) 谱分析(c) 地震反应谱输进(d) 地震时程输进(e) 时程动力分析(1)在ANSYS窗口顶部静态菜单，进进 Parameters菜单，选择 Scalar Parameters选项，在输 进窗口

2、中填进 DAMPRATIO=0.02,即所有振型的阻尼比为2%(2) ANSYS主菜单 Preprocessor->Element type->Add/Edit/Delete ,添力口 Beam 188 单元(3) 在 Element Types 窗口中，选择 Beam 188 单元，选择 Options ，进进 Beam 188 的选项窗 口，将第 7 个和第 8 个选项， Stress/Strain (Sect Points) K7, Stress/Strain (Sect Nods) K8 ，从 None 改为 Max and Min Only 。即要求 Be

3、am 188 单元输出积分点和节点上的最大、最小应力和应变(4) 在 Element Types 窗口中，继续添加Mass 21 集中质量单元(5)下面输进材料参数，进进ANSYS 主菜单 Preprocessor->Material Props-> MaterialModels 菜单，在 Material Model Number 1 中添加 Structural-> Linear-> Elastic->Isotropic 属性，输进材料的弹性模量 EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。(6) 继续给 Materi

4、al Model Number 1 添加 Density 属性，输进密度为 7800 。(7) 继续给 Material Model Number 1 添加 Damping 属性， 采用参数化建模， 输进阻尼类型为 Constant ，数值为 DAMPRATIO(8)接着建立梁单元的几何属性，和上一个例子一样，采用 Sections建模，进进 ANSYS主菜 单 Preprocessor->Sections->Beam->Common Sections ， 选择 Sub-Type 为工字型， 截面尺寸 W1=0.2 ， W2=0.2, W3=0.5,

5、t1=0.01, t2=0.01, t3=0.008(9) 通 过 实 参 数 输 进 集 中 质 量 单 元 的 质 量 和 转 动 惯 量 ， 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Preprocessor->Real Constants->Add/Edit/Delete 菜单，在 Real Constants 窗口中选择 Add ，在 Element type for Real Constants 选择 Mass 21 ，在 Real Constant for Number 1 窗口中输进 1.6E2, 1.6E2,如图所示。即该质量单元在X和丫方向的质量都

6、为160,由于本例子模型为平面题目，所以不必考虑Z 方向的质量，同样也不考虑单元的转动惯量。(10) 继续添加第二类集中质量，过程和上面一样，但是输进的质量数值为 1.2E2, 1.2E2(11) 完成以上工作就完成了模型的基本数据预备，下面开始建立物理模型。(12) 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS,依次输进关键点编号和坐标：需要说明的是，关键点 6 为后面建立梁单元所需的截面方向控制点，在上一个例子中已经做过先容。(1

7、3) 完 成 关 键 点 输 进 后 下 面 建 立 直 线 模 型 。 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Lines->Straight Line，依次连接关键点1 5。(14) 下面给建立完的几何模型赋予材料属性，在ANSYS 菜单中选择 Meshing->MeshAttributes->Picked Lines ， 选中所有的直线， 进进 Line Attributes 窗口， 选择相关选项材料属性， 实参数

8、，单元类型和截面类型都为 1 ，点击 OK 后输进关键点 6 作为截面方向控制点。(15)在 ANSYS主菜单中选择 Preprocessor->Meshing->Size Cntrls-> ManualSize-> Lines-> Picked Lines ，在 Element Sizes on Picked Lines 窗口中设定NDIV No. of element divisions为 3，即将每条直线分为3 段(16)在 ANSYSi菜单中选择 Preprocessor->Meshing-&g

9、t;Mesh->Lines ，选择所有的直线， 完成直线的网格划分。(17)为了便于后面操纵，将网格划分后的单元和节点编号进行适当的清理。在ANSYS主菜单中选择 Preprocessor->Numbering Ctrls->Merge Items ，在 Merge Coincident or Equivalently Defined Items 窗口中选择All ，清理所有重复的元素。同样选择 Numbering Ctrls->CompressNumber 菜单，在 Compress Number 中选择All ，对节点和单元进行重新编

10、号。(18) 下面建立集中质量单元，采取直接输进单元的方法建立。在ANSYS 主菜单中选择Preprocessor->Modeling->Create->Elements->Elem Attributes ，在 Element Attributes 中 设定单元类型编号为 2 MASS 21，材料编号任意，实参数编号为1。如图所示(19) 在 ANSYS 主菜单中选择 Preprocessor->Modeling->Create->Elements->Auto Numbered-&a

11、mp;gt;Thru Nodes ，选择节点2，建立第一个集中质量。(20) 再次进进第18 步 Element Attributes 窗口，设定实参数(Real constant set number) 为 2 。(21) 重复 19 步，选择节点8， 14 ， 20，建立其他的三个集中质量单元。(22) 到此完成所有建模工作，下面开始进行结构分析(23) 进 进 ANSYS 主 菜 单 中 Solution 功 能 模 块 ， 选 择 Solution->Define Loads->Apply->Structural->Displac

12、ement->OnNodes,选择节点 1,设定约束所有的自由度。港台化妆品(24)首先做一次静力分析，选择ANSYS主菜单 Solution->Analysis Type->New Analysis,设定分析类型为 Static(25)选择 ANSYS主菜单 Solution->Solve->Current LS 选项，进行一次静力分析(26) 分 析 完 后 ， 下 面 进 行 模 态 分 析 ， 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Solution->Analysis Type->New

13、 Analysis ，选择分析类型为Model(27)在 ANSYS主菜单中选择 Solution->Analysis Type->Analysis Options,输进模态分析 方法为子空间法(Subspace) ，求解8 阶模态，同时需要作模态扩展，扩展的模态为 8 阶，并计算单元应力和应变，输进窗口如图(28) 再次选择ANSYS主菜单 Solution->Solve->Current LS ,计算当前题目(29)这时，假如需要看结果，可以进进后处理模块，即ANSYS主菜单General Postproc ,可以看到计算的各阶频率和

14、振型。(30) 完成结构自振分析后，下面就可以进行反应谱分析(31) 进进 ANSYS 主菜单 Solution->Analysis Type->New Analysis ，选择分析类型为 Spectrum 。(32)在 ANSYS主菜单 Solution->Analysis Type->Analysis Options 中，选择谱分析的类型为单点输进 (Sing-pt resp)(33) 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Preprocessor->Loads->Load Step Opts-&

15、gt;Time/Frequenc-> Damping ,输进所有的阻尼为DAMPRATIO,如图所示(34)下面需要定义地震的反应谱。我国规范给定的是基于加速度的反应谱。在ANSYS主菜单中选择 Solution-> Load Step Opts->Spectrum->Single Point->Settings ， 设定反应谱类型 为地震加速度，放大系数为 1，输进方向为 X 方向( 1 ， 0， 0 ) 。(35) 接下来开始输进地震反应谱。这里输进的反应谱按7 度多遇地震，取地震影响系数为0.08,第一组，HI类场地，

16、卓越周期Tg=0.45s。值得留意的是，我国规范给的反应谱横坐标是周期，ANSYS定义的反应谱横坐标是频率，应该留意上述区别。 选择ANSYS主菜单Solution-> LoadStep Opts->Spectrum->Single Point->Freq Table,输进频率反应谱Freq1Freq12 为 0.167,0.25, 0.333, 0., 0.5, 0.667, 1, 1.25, 1.667, 2.222, 10, , 如图(36)选择 ANSYSi菜单 Solution-> Load Step Opts-&

17、amp;gt;Spectrum->Single Point->Spectr Values,输进对应的反应谱数值依次如下：(37) 最 后 选 择 ANSYS 主 菜 单 Solution-> Load Step Opts->Spectrum->Single Point->Mode Combine ,设定振型组合方式为SRS铢，如图所示(38)选择 ANSYS主菜单 Solution->Solve->Current LS ,计算反应谱结果(39)进进 ANSYS主菜单后处理模块Gene

18、ral Postproc,在 ANSYS窗口顶部菜单选择File->Read input from ，选择文件后缀名为*.mcom 的文件(40)进进 ANSYS主菜单 General Postproc->Plot Results->Deformed Shapes ,选择绘制变 形后外形和结构外形，得到地震反应谱分析的结构变形如图(41) 最后我们来进行地震时程分析， 进行地震时程分析以前， 首先要有一个地震时程记录，本例子给定的地震时程记录总长20秒，记录点间隔 0.02s,共有1001个记录点。该地震记录存放在RECORD.TXT：件中。(42)首

19、先建立两个变量，在ANSYS窗口顶部菜单选择Parameters->Scalar parameters ,在窗口中输进 NT=1001,即总共1001个记录点，DT=0.02,即记录点间隔 0.02s(43) 然 后 还 需 要 定 义 一 个 数 组 来 存 放 地 震 记 录 ， 选 择 ANSYS 窗 口 顶 部 菜 单 Parameters->Array parameters->Define/Edit ，在弹出的 Array Parameters 窗口中点击Add 按钮，在Add New Array Parameter窗口中输进数组的名称为AC

20、,行数为 NT个，如图所示。(44) 下面从数据文件中读进地震时程记录。选择ANSYS 窗 口 顶部菜单 Parameters->Arrayparameters->Read from file ， 在弹出窗口中依次输进将数据读进的数组名称AC， 可以用 Browse选择目标数据文件，最后要给出数据读进的格式( F8.3) ，可以参考 Fortran 相应的文件输进输出 要求。(45) 完成数据读进后就可以进行地震反应分析。由于本次地震分析一共要进行1001 步，超过了 ANSYSt认的最大1000步限制，因此首先需要进行调整。在ANSYS的命令输进窗口内，输进以下命

21、令：Finish/CONFIG, NRES,(46)进进 ANSYS主菜单 Solution->Analysis Type->New Analysis，指定分析类型为瞬态分 析 Transient ， Solution method 可以选择 Full 。(47)进进 ANSY驻菜单 Solution->Analysis Type->Sol'n Controls ，在 Solution Controls 窗口里面选择 Transient 页面，设定瑞雷阻尼的数值。由于阻尼的机理十分复杂，因此不同题目可能各不相同，这里仅先容

22、一种阻尼的取法。输进质量阻尼系数为 2*DAMPRATIO*FREQ1*2*3. ， 刚度阻尼系数为2*DAMPRATIO/(FREQ1*2*3.) , FREQ1为结构的第一阶自振频率。(48) 下面将用一组循环控制语句来定义作用在结构上的加速度并进行计算。读者可以将下面这部分语句用任意编辑器(比如windows的记事本)输进好以后复制ANSYS的输进栏中。*DO,I,1,02 地震分析算例 (ANSYS)土木工程中除了常见的静力分析以外， 动力分析， 特别是结构在地震荷载作用下的受力分析， 也是土木工程中经常碰到的题目。结构的地震分析根据现行抗震规范要求，一般分为以下两类：基于结构自振特性

23、的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。本算例将以一个4 质点的弹簧质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。 更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。关键知识点：(a) 模态分析(b) 谱分析(c) 地震反应谱输进(d) 地震时程输进(e) 时程动力分析(1)在ANSYS窗口顶部静态菜单，进进 Parameters菜单，选择 Scalar Parameters选项，在输 进窗口中填进 DAMPRATIO=0.02,即所有振型的阻尼比为2%(2) ANSYS主菜单 Preprocessor->Element type->Add/Edit/Delete ,添

24、力口 Beam 188 单元(3) 在 Element Types 窗口中，选择 Beam 188 单元，选择 Options ，进进 Beam 188 的选项窗 口，将第 7 个和第 8 个选项， Stress/Strain (Sect Points) K7, Stress/Strain (Sect Nods) K8 ，从 None 改为 Max and Min Only 。即要求 Beam 188 单元输出积分点和节点上的最大、最小应力和应变(4) 在 Element Types 窗口中，继续添加Mass 21 集中质量单元(5)下面输进材料参数，进进 ANSYS主菜单 Preproces

25、sor->Material Props-> Material Models 菜单，在 Material Model Number 1 中添加 Structural-> Linear-> Elastic->Isotropic属性，输进材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和。.3。(6) 继续给 Material Model Number 1 添加 Density 属性，输进密度为 7800 。(7) 继续给 Material Model Number 1 添加 Damping 属性， 采用参数化建模， 输进阻尼类

26、型为 Constant ，数值为DAMPRATIO(8) 接着建立梁单元的几何属性，和上一个例子一样，采用 Sections建模，进进 ANSYS主菜 单 Preprocessor->Sections->Beam->Common Sections ， 选择 Sub-Type 为工字型， 截面尺寸 W1=0.2 ， W2=0.2, W3=0.5, t1=0.01, t2=0.01, t3=0.008(9) 通 过 实 参 数 输 进 集 中 质 量 单 元 的 质 量 和 转 动 惯 量 ， 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Preprocesso

27、r->Real Constants->Add/Edit/Delete 菜单，在 Real Constants 窗口中选择 Add ，在 Element type for Real Constants 选择 Mass 21 ，在 Real Constant for Number 1 窗口中输进 1.6E2, 1.6E2,如图所示。即该质量单元在X和Y方向的质量都为160,由于本例子模型为平面题目，所以不必考虑Z 方向的质量，同样也不考虑单元的转动惯量。(10) 继续添加第二类集中质量，过程和上面一样，但是输进的质量数值为 1.2E2, 1.2E2(11) 完成以上工作

28、就完成了模型的基本数据预备，下面开始建立物理模型。(12) 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS,依次输进关键点编号和坐标：需要说明的是， 关键点 6 为后面建立梁单元所需的截面方向控制点， 在上一个例子中已经做 过先容。(13) 完 成 关 键 点 输 进 后 下 面 建 立 直 线 模 型 。 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Preprocessor->Modeling->Create-

29、>Lines->Lines->Straight Line，依次连接关键点1 5。(14) 下面给建立完的几何模型赋予材料属性，在ANSYS 菜单中选择 Meshing->MeshAttributes->Picked Lines ，敏感肌肤化妆品选中所有的直线，进进 Line Attributes 窗口，选择相 关选项材料属性，实参数，单元类型和截面类型都为 1，点击 OK 后输进关键点 6 作为截面方向 控制点。(15)在 ANSYS主菜单中选择 Preprocessor->Meshing->Si

30、ze Cntrls-> ManualSize-> Lines-> Picked Lines ，在 Element Sizes on Picked Lines 窗口中设定NDIV No. of element divisions为 3，即将每条直线分为3 段(16)在 ANSYSi菜单中选择 Preprocessor->Meshing->Mesh->Lines，选择所有的直线，完成直线的网格划分。(17)为了便于后面操纵，将网格划分后的单元和节点编号进行适当的清理。在ANSYS主菜单中选择 Preprocesso

31、r->Numbering Ctrls->Merge Items ，在 Merge Coincident or Equivalently Defined Items 窗口中选择All ，清理所有重复的元素。同样选择 Numbering Ctrls->CompressNumber 菜单，在 Compress Number 中选择 All ，对节点和单元进行重新编号。(18) 下面建立集中质量单元，采取 直 接 输 进 单 元 的 方 法 建 立 。 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Preprocessor->Modeling-&

32、;gt;Create->Elements->Elem Attributes ，在 Element Attributes 中 设定单元类型编号为 2 MASS 21，材料编号任意，实参数编号为 1。如图所示(19)在 ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Modeling->Create->Elements->AutoNumbered->Thru Nodes ，选择节点2，建立第一个集中质量。(20) 再次进进第18 步 Element Attributes 窗口，设定实参数(Real

33、constant set number) 为 2 。(21) 重复 19 步，选择节点8， 14 ， 20，建立其他的三个集中质量单元。(22) 到此完成所有建模工作，下面开始进行结构分析(23) 进 进 ANSYS 主 菜 单 中 Solution 功 能 模 块 ， 选 择 Solution->Define Loads->Apply->Structural->Displacement->On Nodes,选择节点 1,设定约束所有的自 由度。(24)首先做一次静力分析，选择ANSYS主菜单 Solution-&g

34、t;Analysis Type->New Analysis,设定分析类型为 Static(25)选择 ANSYS主菜单 Solution->Solve->Current LS 选项，进行一次静力分析(26) 分 析 完 后 ， 下 面 进 行 模 态 分 析 ， 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Solution->Analysis Type->New Analysis ，选择分析类型为Model(27)在 ANSYS主菜单中选择 Solution->Analysis Type->Analy

35、sis Options,输进模态分析 方法为子空间法(Subspace) ，求解8 阶模态，同时需要作模态扩展，扩展的模态为 8 阶，并计算单元应力和应变，输进窗口如图(28)再次选择 ANSYS主菜单 Solution->Solve->Current LS ,计算当前题目(29)这时，假如需要看结果，可以进进后处理模块，即ANSYS主菜单General Postproc ,可以看到计算的各阶频率和振型。(30) 完成结构自振分析后，下面就可以进行反应谱分析(31) 进进 ANSYS 主菜单 Solution->Analysis Type-&g

36、t;New Analysis ，选择分析类型为 Spectrum 。(32)在 ANSYS主菜单 Solution->Analysis Type->Analysis Options 中，选择谱分析的类型 为单点输进 (Sing-pt resp)(33) 在 ANSYS 主 菜 单 中 选 择 Preprocessor->Loads->Load Step Opts-> Time/Frequenc-> Damping ,输进所有的阻尼为DAMPRATIO,如图所示(34)下面需要定义地震的反应谱。我国规范给定的是基

37、于加速度的反应谱。在ANSYS主菜单中选择 Solution-> Load Step Opts->Spectrum->Single Point->Settings ， 设定反应谱类型 为地震加速度，放大系数为 1，输进方向为 X 方向( 1 ， 0， 0 ) 。(35) 接下来开始输进地震反应谱。这里输进的反应谱按7 度多遇地震，取地震影响系数为0.08,第一组，HI类场地，卓越周期Tg=0.45s。值得留意的是，我国规范给的反应谱横坐标是周期，ANSYS定义的反应谱横坐标是频率，应该留意上述区别。 选择ANSYS主菜单Solution-

38、> LoadStep Opts->Spectrum->Single Point->Freq Table,输进频率反应谱Freq1Freq12 为 0.167,0.25, 0.333, 0., 0.5, 0.667,1, 1.25, 1.667, 2.222, 10, , 如图(36)选择 ANSYSi菜单 Solution-> Load Step Opts->Spectrum->Single Point->Spectr Values,输进对应的反应谱数值依次如下：(37) 最 后 选

39、 择 ANSYS 主 菜 单 Solution-> Load Step Opts->Spectrum->SinglePoint->Mode Combine ,设定振型组合方式为SRS铢，如图所示(38)选择 ANSYS主菜单 Solution->Solve->Current LS ,计算反应谱结果(39) 进进 ANSYS 主菜单后处理模块 General Postproc ，在 ANSYS 窗口顶部菜单选择 File->Read input from ，选择文件后缀名为*.mcom 的文件(40

40、)进进 ANSYS主菜单 General Postproc->Plot Results->Deformed Shapes ,选择绘制变 形后外形和结构外形，得到地震反应谱分析的结构变形如图(41) 最后我们来进行地震时程分析， 进行地震时程分析以前， 首先要有一个地震时程记录， 本例子给定的地震时程记录总长20秒，记录点间隔0.02s,共有1001个记录点。该地震记录存放在RECORD.TXTC件中。(42)首先建立两个变量，在ANSYS窗口顶部菜单选择Parameters->Scalar parameters ,在窗口中输进 NT=1001,即总共1001个记录点，DT=0.02,即记录点间隔 0.02s(43) 然 后 还 需 要 定 义 一 个