梁单元、板单元及实体单元悬臂梁单元midas教程

MIDAS/CIVIL软件系列培训教材之：梁单元、板单元及及实体单元悬悬臂梁(Beam&PPlate&SollidEllementts)目录TOC\h\z\t"3차제목스타일,3,1차제목,1,2차제목,2"HYPERLINK\l"_Toc43604674"简要1HYPERLINK\l"_Toc43604675"设定操作环境1HYPERLINK\l"_Toc43604676"输入材料和截面数据2HYPERLINK\l"_Toc43604677"定义材料2HYPERLINK\l"_Toc43604678"定义截面2HYPERLINK\l"_Toc43604679"定义厚度2HYPERLINK\l"_Toc43604681"建立悬臂梁模型3HYPERLINK\l"_Toc43604682"输入梁单元3HYPERLINK\l"_Toc43604683"输入板单元4HYPERLINK\l"_Toc43604684"输入实体单元5HYPERLINK\l"_Toc43604685"修改单元坐标系6HYPERLINK\l"_Toc43604686"分割单元7HYPERLINK\l"_Toc43604687"输入边界条件8HYPERLINK\l"_Toc43604688"输入荷载9HYPERLINK\l"_Toc43604689"运行结构分析12HYPERLINK\l"_Toc43604690"查看分析结果13HYPERLINK\l"_Toc43604691"查看反力13HYPERLINK\l"_Toc43604692"查看变形和位移14HYPERLINK\l"_Toc43604693"查看内力15HYPERLINK\l"_Toc43604694"查看应力19简要本例题介绍使用梁单元、板单元、实体单元来建立悬臂梁，并查看各种单元分析结果的方法。模型如图1所示，截面为长方形(0.4mx1m)，长20m。固定端固定端梁单元梁单元长:20m长:20m板单元0.4m0.4m材料:C3材料:C30实体单元1m实体单元1m图1.悬臂梁模型设定操作环境打开新项目(NewProject)，保存(Save)为‘Cantilever.mcb’。File/NewProjectFile/Save(Cantilever)单位体系做如下设置。Tools/UnitSystemLength>m;Force>tonf输入材料和截面数据定义材料Model/Property/MaterialType>Concrete;Standard>GB-Civil(RC);DB>30定义截面使用UserType，输入实腹长方形截面(0.4m×1m)。Model/Property/SectionDB/UsertabName>SR;SectionShape>SolidRectangleUser;H(0.4);B(1)定义厚度对于面内厚度和面外厚度的说明请参考在线帮助手册。对于面内厚度和面外厚度的说明请参考在线帮助手册。Model/Property/ThicknessValuetabThicknessID(1);In-plane&Out-of-plane(0.4)图2.定义材料图3.定义截面图4.定义厚度建立悬臂梁模型输入梁单元使用扩展功能建立梁单元。IsoView,AutoFitting(on),ElementNumber(on)Model/Nodes/CreateNodesCoordinates(0,0,0)Model/Elements/ExtrudeElementsSelectAllExtrudeType>NodeLineElementElementAttribute>ElementType>BeamMaterial>1:30;Section>1:SR;BetaAngle(0)GenerationType>Translate;Translation>EqualDistancedx,dy,dz(20,0,0);NumberofTimes(1)图5.输入梁单元输入板单元首先将梁单元复制到板单元的输入位置后，通过扩展功能将梁单元扩展成板单元。Model/Elements/TranslateElementsSelectRecentEntitiesMode>CopyTranslation>EqualDistance;dx,dy,dz(0,0.5,-2)NumberofTimes(1)Model/Elements/ExtrudeElementsSelectRecentEntities选择Remove的话，复制的梁单元被扩展后会自动被删除。选择Move的话，该梁单元会移动到生成的板单元的末端。选择Remove的话，复制的梁单元被扩展后会自动被删除。选择Move的话，该梁单元会移动到生成的板单元的末端。Source>Remove(on)ElementAttribute>ElementType>PlateMaterial>1:30;Thickness>1:0.4GenerationType>TranslateTranslation>EqualDistancedx,dy,dz(0,-1,0);NumberofTimes(1)图6.利用复制的梁单元建立板单元输入实体单元使用同样的方法，将板单元复制到实体单元的输入位置后，通过扩展功能将板单元扩展成实体单元。Model/Elements/TranslateElementsSelectRecentEntitiesMode>CopyTranslation>EqualDistance;dx,dy,dz(0,0,-1.5)NumberofTimes(1)Model/Elements/ExtrudeElementsSelectRecentEntitiesExtrudeType>PlanarElem.SolidElem.Source>Remove(on)ElementAttribute>ElementType>SolidMaterial>1:30GenerationType>TranslateTranslation>EqualDistancedx,dy,dz(0,0,-0.4);NumberofTimes(1)图7.输入实体单元模型修改单元坐标系单元的内力是以相应单元的单元坐标系为准输出的，因此适当地赋予单元坐标系，可使查看结果变得更为方便本例题中使用ChangeElementParameters功能将所有单元的坐标系修改为统一的单元坐标系。DisplayElement>LocalAxis(on)Model/Elements/ChangeElementParametersSelectAllParameterType>AlignElementLocalModel>StandardElement>(1)AlignOrder>1st(Loc-z);2nd(Loc-y)修改前修改前修改后修改后图8.修改板单元和实体单元的单元坐标系分割单元板单元和实体单元的大小会影响分析结果的精度。这里将板单元按单元坐标系的x方向分割成20份，将实体单元按单元坐标系的x,y方向分别分割成40份和2份。Model/Elements/DivideElementsSelectSingle(Element:3)Divide>ElementType>Planar;EqualDistanceNumberofDivisionsx(20)NumberofDivisionsy(1)SelectSingle(Element:5)Divide>ElementType>Solid;EqualDistanceNumberofDivisionsx(40)NumberofDivisionsy(2)NumberofDivisionsz(1)DisplayElement>LocalAxis(off)图9.被分割的板单元和实体单元输入边界条件输入各单元模型的边界条件（固定端）。Model/Boundary/SupportsSelectPlanePlane>YZPlane;XPosition(0)实体单元没有旋转自由度，因此不需约束。但由于是和其他单元一同定义边界条件，因此方便约束所有自由度。Options>Add实体单元没有旋转自由度，因此不需约束。但由于是和其他单元一同定义边界条件，因此方便约束所有自由度。SupportType>D-All(on),R-All(on)图10.输入悬臂梁的边界条件输入荷载对于梁单元使用ElementBeamLoads功能，对于板单元和实体单元使用PressureLoads功能按悬臂梁的重力方向(GCS–Z轴)输入1tonf/m的均布荷载。荷载工况1:UL-Beam荷载工况2:UL-Plate荷载工况3:UL-SolidLoad/StaticLoadCasesName(UL-Beam);Type>UserDefinedLoadName(UL-Plate);Type>UserDefinedLoadName(UL-Solid);Type>UserDefinedLoad图11.定义荷载载工况使用ElemenntBeaamLoaads功能输输入梁单元的的均布荷载。Load/EElemenntBeaamLoaadsSelectSSinglee(Elemments:1)LoadCasseNamme>UL--BeamLoadTyppe>UniiformLoadssDirectioon>GloobalZZ;PProjecction>>No;Valuue>Rellativeex1(0));x2(1);w(-1))图12.梁单元均均布荷载使用PressuureLooads功能能输入板单元元的均布荷载载。Load/PPressuureLooadsSelectPPolygoon(Elemments:所有板板单元)LoadCasseNamme>UL--Platee;Opptionss>AddElementTypess>Platte,FFacePressureeonPPlateFace>>Selecction>>ElemeentDirectioon>GloobalZZ;Projeectionn>NoLoads>Unniformm;PP1(-1))图13.输入板单单元的均布荷荷载使用PressuureLooads功能能输入实体单单元的均布荷荷载。实体单元输入压力力荷载时对于于加载面可选选择以节点为为准和以单元元为准两种方方式，这里选选择以节点为为准选择加载载面。Load/PPressuureLooads用鼠标指定实体单元上端的任意节点，就会自动输入要选择的平面的Z坐标-3.5。Select用鼠标指定实体单元上端的任意节点，就会自动输入要选择的平面的Z坐标-3.5。Plane>X--YPlaane;;ZPPositiion(--3.5)LoadCasseNamme>UL--Solidd;Opptionss>AddElementTypess>Soliid,AAll选择加载方式时若选择单元的话，需指定单元的加载面。在图4左侧的树形菜单中，单元类型选择实体单元后选择要加载的单元的话，单元加载面就会按虚线显示，若加载面不符，可通过变换压力面#来调整。Selectioon>Nodde;DDirecttion>GGloballZ选择加载方式时若选择单元的话，需指定单元的加载面。在图4左侧的树形菜单中，单元类型选择实体单元后选择要加载的单元的话，单元加载面就会按虚线显示，若加载面不符，可通过变换压力面#来调整。Loads>Unniformm;P1(-1))Selection的ElementSelection的Element方式荷载加载面荷载加载面图14.输入板单单元的均布荷荷载运行结构分析Analysiss/PeerformmAnallysis查看分析结果查看反力利用表格查看由不不同单元构成成的悬臂梁在在均布荷载作作用下的反力力。Results/RessultTTabless/ReeactioonRecordsActivvationnDiallogLoadcasee/CombbinatiionUL-Beam((ST)((on);ULL-Platte(ST))(on)UL-Solidd(ST)(on)图15.ReccordsActivvationnDiallog对话话框图16.反力结果果表格查看变形和位移IsoViewwResults/Defformattion//DefoormedShapeeLoadCasses/Coombinaationss>ST:UUL-BeaamComponennts>DXXYZ;TypeeofDDisplaay>Unddeformmed(on)LoadCasses/Coombinaationss>ST:UUL-PlaateLoadCasses/Coombinaationss>ST:UUL-Sollid①①图17.查看最大大位移[单位:m]各单元悬臂梁的[单位:m]梁单元板单元实体单元位移1.3531.3511.350表1.各单元悬臂臂梁的最大位位移查看内力查看梁单元悬臂梁梁的弯矩。Result//Forcces/BeamDiagrramsComponennts>MyyDisplayOptioons>5Pointts(on);LiineFiill(oon);;Scaale(1)TypeofDispllay>Coontourr(on);Vaalues(on)Legend((on)OutputSSectioonLoccationn>All图18.梁单元中中点的弯矩PlateFoorces//Momennts提供板板单元单位宽宽度内的内力力。如果一个个截面由几个个单元组成，则则对于整个截截面的内力可可利用LoccalDiirectiionFoorceSSum功能能查看。Results/Forrces//PlaateFoorces//MomenntsLoadCasses/Coombinaationss>ST:UUL-PlaatePlateFoorceOOptionns>Loccal;;Avgg.NoddalComponennts>MxxxTypeofDispllay>Coontourr(on)),Leegend(on)图19.查看板单单元悬臂梁的的弯矩为查看实体单元悬悬臂梁中点((10m)的弯弯矩，现只激激活该部分以以便查看。FrontViiew;InitiialViiew②②①①节点191的相关数据节点191的相关数据图20.ModellVieww的初始化点击SelecttWinddow选择图图20的①，并将其激活活。Query/QuerryNoddesNodeNummber((191)SelectWWindoww(Elemments:图20的①)ActiveQueryNoodes,QueryyElemments是是查询节点和和单元相关情情况时所使用用的功能。点点击节点或单单元的输入栏栏(图20的eq\o\ac(○,2))后，再点击击模型中的节节点或单元的的话，相应节节点或单元的的情报就会在在下面的信息息窗口中显示示。也可在输输入栏直接输输入节点或单单元的编号再再按回车键。使使用QuerryNoddes的功能能时，连续点点击两个节点点的话，还提提供这两个节节点间的相对对距离。对于实体单元不另另行输出内力力，故需使用用LocallDireectionnForcceSumm功能来查看看整个截面的的内力。下面查看弯矩。Results/LoccalDiirectiionFoorceSSumMode>SollidFaacePoolygonnSeleect;LoaddCase>>ST:ULL-SoliidTolerancce(0.00001)CoordinaateInnput>PPositiions((271,,191,,72,152))图21.实体单元元悬臂梁的弯弯矩在LocalDiirectiionFoorceSSum对话框框查看弯矩((Mz)。在LocalDiirectiionFoorceSSum定义结结果输出位置置时，节点指指定的顺序会会决定计算内内力时所参照照的坐标系。详详细内容请参参考在线帮助助手册。用不同单元建立的的悬臂梁弯矩矩的计算结果果如表2所示。[[单位:tonf]梁单元板单元实体单元弯矩-50-50-50表2.各单元的弯弯矩查看应力对于梁单元可使用用BeamDetaiilAnaalysiss功能查看应应力发生的详详细情况。Tools>UnnitSyystemLength>ccm;Forcee>kgfActiveAAllResults/BeaamDettailAAnalyssisLoadCasses/Coombinaationss>ST:UUL-BeaamElementNumbeer(1)StressSSectioon>Norrmal;Fx(on),MMy(on),MMz(on)②②拉应力压应力拉应力压应力①①图22.查看梁单单元应力对于板单元查看整整体坐标系XX方向上的应应力。Results/Strressess/Pllane-SS