MIDAS企业管理知识培训资料

1、MIDAS 培训资料第一章 关于MIDAS/Civil1.1 midas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。早在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Information Technology Co., Ltd.(简称MIDAS IT)。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(FX+)等多种软件。在计算机机技术方方面，MMIDAAS/CCiviil所使使用的是是客体指指向性计计算机语语言Viis

2、uaal CC+，因此可可以充分分地使332biit视窗窗环境的的优点和和特点得得到发挥挥。以用用户为中中心的输输入输出出功能使使用的是是精确而而且直观观的用户户界面和和尖端的的电脑图图形技术术，从而而为考虑虑施工阶阶段或者者材料时时间依存存性的土土木建筑筑物的建建模和分分析提供供了很大大的便利利。在结构设设计方面面，MIIDASS/Ciivill全面强强化了实实际工作作中结构构分析所所需要的的分析功功能。通通过在已已有的有有限元库库中加入入索单元元、钩单单元、间间隙单元元等非线线性要素素，结合合施工阶阶段、时时间依存存性、几几何非线线性等最最新结构构分析理理论，从从而计算算出更加加准确的的和

3、切合合实际的的分析结结果。建模技术术采用的的是自行行开发的的新概念念CADD形式的的建模技技术，可可以更加加提高建建模效率率。特别别是由于于拥有如如桥梁建建模助手手等高效效自动化化建模功功能，所所以只要要输入截截面形状状、桥梁梁特点、预应力力桥的钢钢束位置置等基本本数据，就可以以自动建建立桥梁梁模型以以及施工工阶段的的各种数数据。悬索桥完完成系模模型为青潭大大桥的抗抗震设计计所进行行的特征征值分析析栈桥模型型墩柱静力力分析1.2 MIDDAS/Civvil的的适用领领域MIDAAS/CCiviil的适适用领域域如下。所有有形式的的桥梁分分析与设设计钢筋混凝凝土桥、钢桥、联合梁梁桥、预预应力桥桥

4、、悬索索桥、斜斜张桥大体体积混凝凝土的水水化热分分析桥台、桥桥墩、防防波堤、地铁、其它基基础建筑筑地下下建筑的的分析地铁、通通信电缆缆管道、上下水水处理设设施、隧隧道发电电站及工工业设施施结构设设计发电站、铁塔、压力容容器、水水塔等其它它国家基基础建设设结构设设计飞机场、大坝、港湾等等1.3 MIIDASS/Ciivill的特点*提供菜菜单交互互式、表表格输入入、导入入CADD等灵活活多样的的建模功功能。*提提供刚构构桥、板板型桥、箱梁桥桥、顶推推法桥梁梁、悬臂臂法桥梁梁、移动动支架/满堂支支架法桥桥梁、悬悬索桥、斜拉桥桥的建模模助手。*提提供中国国、美国国、英国国、德国国、欧洲洲、日本本、韩

5、国国等国家家的材料料和截面面数据库库，以及及混凝土土收缩和和徐变规规范和移移动何在在规范。*提提供桁架架、一般般梁/边边截面梁梁、平面面应力/平面应应变、只只受拉/只受压压、钩、索、板板、实体体单元等等工程实实际时所所需的各各种有限限元模型型。*提提供静力力分析、动力分分析、静静/动力力弹塑性性分析、几何非非线形分分析、优优化索力力、屈曲曲分析、移动荷荷载分析析（影响响线/影影响面分分析）、支座沉沉降分析析、施工工阶段分分析、联联合截面面施工阶阶段分析析等功能能。*在在后处理理中，可可以根据据设计规规范自动动生成荷荷载组合合，也可可以添加加和修改改荷载组组合。*可可以输出出各种反反力、位位移、

6、内内力和应应力的图图形、表表格和文文本。*可可在进行行结构分分析后对对多种形形式的梁梁、柱截截面进行行设计和和验算。1.4 分析框框图1.5 操作界界面第二章 土木木结构分分析2.1 MIDDAS/Civvil 中的数数值分析析模型结构分析析模型是是由节点点、单元元及边界界条件三三要素所所构成的的。其中中，节点点是用来来确定构构件的位位置；单单元是用用分析模模型数据据表达结结构构件件的元素素，它是是由连续续的结构构构件按按有限元元法划分分而成的的；边界界条件是是用来表表达所研研究的对对象结构构与相邻邻的结构构之间的的连接方方式。所谓的结结构分析析就是为为了研究究结构的的力学性性能，建建立结构构

7、的数值值分析模模型，利利用假定定的外部部环境作作用，对对数学模模型作理理论性的的实验分分析的总总过程。在结构分分析时，需要准准确的表表现结构构的特性性和结构构所处的的外部环环境。其其中外部部环境主主要就是是指荷载载因素。可通过过规范或或者一些些现有的的统计资资料得到到。但是是，要想想把握好好结构的的特性，充分地地了解结结构的受受力性能能，则不不是一件件非常简简单的事事情。它它将直接接影响到到结构的的受力分分析结果果。因此，作作结构分分析时必必须充分分细致的的了解实实际结构构的材料料特性，掌握结结构的变变形能力力即刚度度，选择择合理的的有限计计算单元元，使得得计算结结构模型型同实际际结构相相接近

8、，使计算算结果同同实际结结构相符符合。但是，通通常结构构的形状状是复杂杂的，而而且很难难精确地地把握其其材料的的物理特特性。要要想把结结构的刚刚度（即即变形能能力）和和质量精精确地反反映到计计算结构构模型上上，将会会花去很很大的精精力和时时间，有有时有可可能带来来事倍功功半的效效果。因因此，进进行结构构分析时时，在不不破坏整整体结构构特征的的前提下下，必须须做到简简化、调调整计算算结构的的数学模模型，使使得用最最少的投投入，得得到最佳佳的结果果。例如，对对桥梁的的主梁建建立数学学模型时时，不使使用板形形单元（平面应应力单元元或板单单元），而而采用线线形单元元（桁架架单元或或梁单元元）时，不但缩

9、缩短结构构分析时时间，而而且更便于作作结构设设计。所谓的有有限元（Finnitee Ellemeent)就是用用分析模模型数据据表达结结构构件件特性的的元素，它是是由连续续的结构构构件按按有限元元法划分分而成的的。它必必须充分分的反映映结构受受力特性，但但通常很很难做到到用数学学的方法法完整地地反映出出实际结结构固有有的特性性。因此，作作为用户户必须充充分地了了解实际际结构的的受力性性能，掌掌握好各各种有限限单元的的力学特性，以便较较好的选选择有限限单元，正确地地做到结结构分析析和设计计。2.2 坐标系系和节点点MIDAAS/CCiviil 软软件使用用如下几几个坐标标系系统统。. 全全局坐标

10、标系 (Glooball Cooorddinaate Sysstemm). 单单元坐标标系 (Eleemennt CCoorrdinnatee Syysteem). 节节点坐标标系 (Nodde llocaal CCoorrdinnatee Syysteem)全局坐标标系是由由X 、Y 、Z 三三轴满足足右手螺螺旋法则则的空间间直角坐坐标系(Connvenntioonall Caarteesiaan CCoorrdinnatee Syysteem)，用大写写X、YY、Z 表示三三个轴的的方向。 通常常利用该该坐标系系表达节节点坐标标、节点点位移、节点反反力及相相关于节节点的其其它输入入数据。全

11、局坐标标系是用用来确定定所分析析对象结结构空间间位置的的坐标系系统。启启动MIIDASS/Ciivill软件，在系统统界面视视窗区，将自动动生成基基准点 (Reeferrencce PPoinnt) 即全局局坐标系系的原点点X=00、Y=0、ZZ=0 和全局局坐标系系统。其其中Z 轴的方方向平行行于重力力加速度度方向并并与其反反向。因因此利用用软件建建立结构构的计算算模型时时，建议议做到结结构的垂垂直方向向与全局局坐标系系的Z 轴平行行建模，将有利利于结构构分析。单元坐标标系也是是由x、y、zz 三轴轴满足右右手螺旋旋法则的的空间直直角坐标标系统，可用小小写x、y、zz 表示示三个轴轴的方向向

12、。通常常利用该该坐标系系表达单单元内力力、单元元应力及及相关于于单元的的其它输输入数据据。结构构端部节节点的约约束（支支撑）方方向、弹弹簧支撑撑方向及及节点的的强制位位移方向向同全局局坐标系系的坐标标轴方向向不相吻吻合时，通常采采用节点点坐标系系。节点坐标标系也是是由x、y、zz 三轴轴满足右右手螺旋旋法则的的空间直直角坐标标系统，可用小小写x、y、zz 表示示三个轴轴的方向向。全局坐标标系和节节点坐标标2.3 单元种种类及主主要考虑虑事项MIDAAS/CCiviil 使使用以下下几种单单元类型型。桁架架单元 (Trrusss Ellemeent)只受受拉单元元 (TTenssionn-onn

13、ly Eleemennt, 包含Hoook 功能)索单单元 (Cabble Eleemennt)只受受压单元元 (CComppresssioon-oonlyy Ellemeent, 包含含Gapp 功能能)梁单单元/变截面面梁单元元 (BBeamm Ellemeent/Tappereed BBeamm Ellemeent)平面面应力单单元 (Plaane Strresss Ellemeent)板单单元 (Plaate Eleemennt)平面面应变单单元 (2D Plaane Strrainn Ellemeent)平面面轴对称称单元 (2DD Axxisyymmeetriic EElemmen

14、tt)空间间单元 (Soolidd Ellemeent)输入有限限单元就就是输入入相关于于单元的的种类、材料特特性、刚刚度大小小的数据据和输入入确定单单元位置置、形状状和大小小的节点点数据的的过程。2.3.1桁架架单元(Truuss Eleemennt)一一般事项项由2 个个节点构构成的桁桁架单元元是属于于“单向受受拉-受压的的三维线线性单元元(UnniaxxiallTennsioon-CComppresssioon 33D LLinee Ellemeent)”，它只只能传递递轴向的的拉力和和压力。通常利利用该单单元做空空间桁架架结构(Spaace Truuss) 或交交叉支撑撑结构(Diaa

15、gonnalBBracce)的的受力分分析。单单元自由由度和单单元坐标标系桁架单元元的两端端各有一一个沿单单元坐标标系的xx 轴方方向的位位移，它它具有两两个自由由度。单单元坐标标系是单单元的内内力及单单元的应应力输出出的基准准。在梁梁单元上上，单元元的抗剪剪刚度和和抗弯刚刚度输入入方向依依据单元元坐标系系。所以以在做结结构分析析时必须须正确地地理解单单元坐标标系的概概念。对于桁架架单元、只受拉拉单元及及只仅受受压单元元等只具具有轴向向刚度的的单元而而言，只只有单元元坐标系系的x 轴有意意义，它它是确定定结构变变形的基基准，但但利用yy、z 轴可确确定桁架架截面在在视窗上上的方向向 。为便于用

16、用户使用用MIDDAS/Civvil 软件，通常可可利用 角 来表示示单元坐坐标系的的 y,z 轴轴方向。线性单元元的单元元坐标系系里，xx 轴的的方向将将平行于于节点NN1 和和节点NN2 的的连线方方向（参参照下图） 如果，单元坐坐标系的的x 轴轴平行于于全局坐坐标系的的Z 轴轴， 角是是全局坐坐标系XX 轴与与单元坐坐标系zz 轴件件的夹角角。该角角度的正正负符号号是，以以单元坐坐标系的的x 轴轴为旋转转轴依据据右手螺螺旋法则则来确定定。 如如果单元元坐标系系的x 轴与全全局坐标标系的ZZ 轴不不相互平平行时， 角是是全局坐坐标系的的Z 轴轴与单元元坐标系系的x-z 轴轴所构成成的平面面

17、间的夹夹角。 角概概念单元内力力输出单元的输输出内力力符号见见图1.3 所所示，图图中以箭箭头指示示方向为为正“+”。桁架单元元的单元元坐标系系及单元元的输出出内力（应力）符号规规定2.3.2梁单单元（BBeamm Ellemeent）一一般事项项这是由22 个节节点构成成的，是是属于“等截面面或变截截面三维维梁单元元(Prrismmatiic/NNonpprissmattic33D BBeamm Ellemeent)”，它具具有拉、压、剪剪、弯、扭的变变形刚度度(依据Tiimosshennko Beaam TTheoory)。当梁截面面面积沿沿长度范范围内不不发生变变化(Priismaati

18、cc Beeam Eleemennt)时，把把一个截截面面积积(Secctioon)输入到到对话窗窗口；当当梁截面面面积沿沿长度范范围内发发生变化化(Noon-PPrissmattic Beaam EElemmentt)时，把梁两两端的两两个截面面面积输输入到对对话窗口口。利用用MIDDASII/Ciivill 软件件分析变变截面梁梁时，截截面面积积、有效效抗剪截截面及截截面的抗抗扭刚度度都看作作是x 轴方向向的线性性函数(Linnearr Vaariaatioon)。而横截截面面积积对该截截面的主主轴计算算的截面面惯性矩矩，按用用户选择择的不同同，沿xx 轴方方向可以以形成为为1 次、2次、

19、3 次性函函数。单单元自由由度及单单元坐标标系无论是在在单元坐坐标系还还是在全全局坐标标系里，梁单元元的每一一个节点点都具有有三个方方向的线线性移动动位移和和三个方方向的旋旋转位移移，因而而每一个个节点具具有6 个自由由度。梁梁单元坐坐标系与与桁架单单元具有有相同的的坐标系系。相关关功能Creaate Eleemennts 输入计计算单元元Mateeriaal 输输入材料料的物理理特性Secttionn 输入入截面特特性Beamm Ennd RReleeasee 确定定两节点点的连接接方式（释放梁梁端约束束，刚结结及铰接接等）Beamm Ennd OOffssetss 输入入梁端偏偏心距离离E

20、lemmentt Beeam Loaads 输入梁梁荷载（作用于于梁上的的集中及及均布荷荷载）Linee Beeam Loaads 确定加加荷范围围并输入入线荷载载Assiign Flooor Loaads 将楼板板荷载转转换成梁梁荷载来来输入Presstreess Beaam LLoadds 输输入预应应力荷载载值Tempperaaturre GGraddiennt 输输入温度度梯度 单单元内力力输出输出的单单元内力力符号如如图1.9 所所示，箭箭头指向向为正（+）。构件应力力的正负负号规定定与单元元内力符符号规定定相同。但在弯弯矩作用用下截面面上产生生应力时时，则以以受拉为为正、受受压为负

21、负来规定定其符号号。* 输出出的内力力是以箭箭头指向向为正（+）。梁单元的的单元坐坐标系及及单元内内力（或或应力）符号规规定2.3.3板单单元 （Plaate Eleemennt)一般般事项此本单元元是由同同一平面面上的33 到44 个节节点构成成的平板板单元（Plaate Eleemennt)，在工程程中可以以利用它它解决平平面张拉拉、平面面压缩、平面剪剪切及平平板沿厚厚度方向向的弯曲曲剪切等等结构问问题。MIDAAS/CCiviil 软软件所采采用的板板单元，根据平平面外刚刚度不同同可以把把单元划划分成薄薄板单元元 DKKT、DDKQ(Disscreete Kicchhooff Eleem

22、ennt)和和厚板单单元DKKMT、DKMMQ(DDisccretteKiirchhhofff-MMinddlinn Ellemeent)两种。其中，根据KKircchhooff Plaate Theeoryy 理论论开发了了薄板单单元；依依据Miindllin-Reiissnner Plaate Theeoryy 理论论开发了了厚板单单元。由由于板单单元考虑虑了局部部的横向向剪切应应力的影影响，因因此对于于薄板单单元或厚厚板单元元都能计计算出比比较准确确的结果果。对三角形形板单元元，利用用线性应应变三角角形理论论LSTT(Liineaar SStraain Triianggle)公式化化了板

23、单单元的平平面内刚刚度。对对四边形形板单元元， 利利用了等等参数平平面应力力理论(Isooparrameetriic PPlanne SStreess Forrmullatiion witth IIncoompaatibble Moddes)公式化化了单元元的平面面内刚度度。输入板厚厚的方式式有两种种，一是是为计算算平面内内的刚度度(Inn-pllanee Sttifffnesss)输输入板厚厚，另一一是为计计算平面面外的刚刚度(OOut-of-Plaane-Stiiffnnesss)输入入板厚。当计算算结构的的自重或或质量时时软件自自动取用用前者数数据。如如果用户户只输入入了计算算平面外外刚

24、度的的厚度时时，软件件取用该该值。单元元自由度度及单元元坐标系系板单元的的自由度度是以单单元坐标标系为基基准，每每个节点点具有xx、y、z 轴轴方向的的移动的的线性位位移自由由度和绕绕x、yy 轴旋旋转的旋旋转位移移自由度度。单元坐标标系是由由x、yy、z 三轴构构成的，满足右右手螺旋旋法则的的空间直直角坐标标系。单单元坐标标系的方方向类似似于平面面应力单单元的坐坐标系统统。单元元相关功功能Creaate Eleemennts 输入单单元Mateeriaal 输输入材料料的物理理特性Thicckneess 输入单单元厚度度Presssurre LLoadds 输输入沿单单元变长长分布的的受压荷

25、荷载值Tempperaaturre GGraddiennt 输输入温度度梯度四边形单单元的单单元坐标标系三角形单单元的单单元坐标标系单元元内力输输出按以下方方式输出出平板单单元的单单元内力力及应力力，其符符号及方方向依据据单元坐坐标系或或整体坐坐标系。下面以以单元坐坐标系为为基准对对其说明明。 节节点单元元内力输输出 节节点和单单元中心心处上输输出单位位长度内内力 节节点及单单元中心心处输出出截面上上部和截截面下部部的应力力节点的单单元内力力是该节节点的位位移乘以以该节点点的刚度度而得到到。节点和单单元中心心处的单单位长度度内力有有平面内内内力和和平面外外内力。这些内内力可以以按计算算点处的的

26、应力对对厚度积积分方式式计算。在对钢筋筋混凝土土构件设设计时可可以有效效地利用用单元的的单位长长度内力力值。节点和单单元中心心的应力力是把在在该单元元积分点点上(GGausss PPoinnt)应应力按外外推法(Exttrappolaatioon)推推算而得得到。 单单元内力力输出输出的单单元内力力符号规规定见图图1.228 所所示，其其中箭头头指向为为正（+）。 单单位长度度上单元元内力输输出在节点和和单元中中心处，单位长长度内力力符号规规定见图图1.229 所所示，其其中箭头头指向为为正（+）。 单单元应力力输出在节点和和单元中中心处，输出的的单元应应力可分分为截面面上部(Topp Suurfaace)单元应应