通用有限元程序ANSYS及应用第七讲

硕士研究生学位课程讲义（2006）通用有限元程序ANSYS及应用(七)

二OO六年四月七日7April20051通用有限元程序ANSYS及应用硕士研究生学位课程讲义（2006）第七讲内容提要9.ANSYS动力分析的基本功能及一维单元应用实例

空间框架结构地震响应分析的谱分析法9.1ANSYS动力分析的基本功能简介9.2实体建模及刚性楼板假定的实施9.3模态分析求解过程（交互式输入及命令流）9.4谱分析法求解过程（交互式输入及命令流）9.5瞬态地震响应求解过程7April20052通用有限元程序ANSYS及应用9.1ANSYS动力分析的基本功能简介ANSYS动力分析的基本功能模态分析谐响应分析（不做具体介绍）谱分析瞬态响应分析7April20053通用有限元程序ANSYS及应用9.1ANSYS动力分析的基本功能简介（续1）模态分析模态分析是所有动力学分析类型的最基础的内容；模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术；描述结构振动特性的基本要素：固有频率（自振周期＝1/固有频率）振型振型参与系数(特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动）模态分析结果可以直接用于指导结构设计；根据模态分析结果可以定性知晓结构对各类动力载荷的响应

有助于在其它动力分析中估算求解控制参数（如时间步长）模态分析只对线性结构成立!7April20054通用有限元程序ANSYS及应用9.1ANSYS动力分析的基本功能简介（续2）谐响应分析确定结构在已知频率的正弦（简谐）激励作用下响应的技术；荷载必须是已知大小和频率的谐波载荷（力、压力或强迫位移，可以是同一频率的多种载荷组合，各载荷可以是同相位也可以是不同相位）；

谐响应分析结果是与激励同频率的节点谐位移（通常会与激励存在位相差），以及由节点位移得到的其它导出量，如：应力和应变等；单位力作用下的谐响应分析结果可以与富氏分析相联系；事实上，谐响应分析是模态叠加法的计算基础；谐响应分析结果可以直接用于指导作旋转运动的结构设计；

谐响应分析也只对线性结构成立!7April20055通用有限元程序ANSYS及应用9.1ANSYS动力分析的基本功能简介（续3）谱分析是模态分析的扩展，用于计算结构对地震及其它随机激励的响应；谱分析计算过程是将模态分析的结果与一个已知的输入谱相联系，计算

结构在该输入谱荷载作用下的响应位移、应力等；谱分析由下列计算步骤构成：获得模态解计算谱解扩展模态组合各模态解

谱分析也只对线性结构成立!7April20056通用有限元程序ANSYS及应用9.1ANSYS动力分析的基本功能简介（续4）瞬态响应分析

是一种确定随时间变化载荷作用下结构响应的计算技术；瞬态响应分析的三种求解方法：

完整矩阵法（Full）缩减矩阵法（Reduced）模态叠加法（ModeSuperposition）

模态叠加法只对线性结构成立；缩减矩阵法仅允许结构中存在简单的点点接触形式的非线性；完整矩阵法允许在分析中包括各种类型非线性，

如：几何大变形、接触、塑性等，但对硬件资源要求较高本次课重点介绍完整矩阵法由于荷载的瞬变特性，交互式操作是不现实的!7April20057通用有限元程序ANSYS及应用9.2实体建模及刚性楼板假定的实施分析目的：地震作用下结构的线弹性动力响应分析

模型规划：梁、柱均采用BEAM4

单元、楼板采用SHELL63建立属性表：单元类别：E1,BEAM4,!框架柱单元E2,BEAM4,!

外环梁单元E3,BEAM4,!楼面梁单元E4,SHELL63,!

楼面板单元材料属性：M1,!C30混凝土M2,!型钢单元实参数：R1,E1,BEAM4,!框架柱单元R2,E2,BEAM4,!外环梁单元R3,E3,BEAM4,!楼面梁单元R4,E4,SHELL63,!楼面板单元参照讲义第3章交互式建模或执行命令流文件生成框架结构。7April20058通用有限元程序ANSYS及应用9.2实体建模及刚性楼板假定的实施（续1）实施刚性楼板假定的GUI操作命令执行UtilityMenu>Selet>Entities

命令，弹出选取图元对话框，在选取类型表中选Nodes，选取标准表中选ByLocation，参数设定窗中输入

Z坐标限定范围Min，Max为（4，4），单击OK按钮，即选中1层楼面的全部节点。

执行MainMenu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>RigidRegion命令，弹出选取主节点对话框，图形上选中刚度中心处的节点120，单击OK按钮；弹出选取从节点对话框，选中该层其余所有节点，单击OK按钮，完成1层楼面的刚性楼板约束。类似地，对2、3层实施刚性楼板约束7April20059通用有限元程序ANSYS及应用9.2实体建模及刚性楼板假定的实施（续2）！实施刚性楼板假定的命令流!!!!!!定义1层楼面刚性楼板!*/PREP7

NSEL,S,LOC,Z,4,4CERIG,120,ALL,UXYZ,,,,!193号节点为该层形心位置，定义为刚度中心!!!!!!定义2层楼面刚性楼板!*/PREP7

NSEL,S,LOC,Z,8,8CERIG,127,ALL,UXYZ,,,,!229号节点为该层形心位置，定义为刚度中心!!!!!!定义3层楼面刚性楼板!*/PREP7

NSEL,S,LOC,Z,12,12CERIG,134,ALL,UXYZ,,,,!350号节点为该层形心位置，定义为刚度中心7April200510通用有限元程序ANSYS及应用9.3模态分析求解过程模态分析GUI操作流程：执行MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis命令，弹出如左下图所示求解类型对话框，选择Modal选项，单击OK

按钮；弹出右下图所示模态分析选项对话框，输入模态提取数（No.ofmodestoextract）为20，单击OK

按钮；弹出BlockLanczosMethod

选项对话框，取默认值即可。单击OK

按钮。执行MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS

命令，进行模态分析。求解类型对话框模态分析选项对话框

7April200511通用有限元程序ANSYS及应用9.自3模态霞分析源求解典过程（续戴）!*/SO体LU遭TI展ONAN扁TY晃PE限,双MO梢DA傲L！进行无模态泥分析MO摇DO尊PT摊,L镜AN也B,拼20细,0寒,0较,泪,O释FF！选择桐模态晓分析喝方法脖、模预态提捐取数MX县PA墙ND库,0筋,灯,残,0！选择腊模态朱扩展亡数LU撇MP秋M,议0！选择命质量荡阵形屯式为一致垃质量改阵PS址TR县ES束,0！关闭询预应日力选粪项开联关SO内LV愚E！求解寇模态FI听NI每SH7驳Ap铜ri割l亦20期0512通用线有限蒙元程打序A右NS吩YS饼及应窜用9.厕4谱分以析法求解超过程!*/SO真LU走TI尸ONAN马TY陵PE已,8SP例OP晌T,康SP作RS待,2跌0,观1！！手！谱分本析法瞧，取挺2段0累个模悄态计赤算!!别!!输入乡丰加速喂度谱走值SV辜TY资P,睡2,抗9.秆8,！！乖！输入歪加速局度谱恩，以痒重力闲加速航度g为输歇入单征位SE捉D,借1,浆0,锦0,！！增！定义X轴方庙向为淡地震笑输入卸方向RO刚CK召,0耽,0限,0肺,0佳,0应,0员,!*FR旱EQ婶,侦0.弄11凡11质11构,盯0.聋12赛50誉00昂,领0.连14芒28散57颠,食0.棒16绑66犹67仓,非0.酿20年00翼00FR绣EQ淡,雾0.瓦22鲁22起22沙,金0.有25悼00仅00库,曲0.档28妥57畜14首,舟0.两33拉33涌33似,将0.贱40腐00响00FR春EQ移,屋0.庄50全00古00拜,沙0.及55出55章56还,催0.察62张50喝00沈,闯0.否71匹42低86首,母0.票83泛33丑33FR优EQ泉,藏1.稼00介00消00舍,颤1.宽11繁11励11今,铃10扑.0轧00走00验,眉50励.0朽00续00!*SV念,荐0.瞒05借,太0.北11女59洗40伶E-周01愁,欢0.甚13愧19恐40丈E-凳01非,侦0.厦14晋79王40始E-垄01扫,容0.胖16公39闷40暴E-估01弦,威0.腥17之99闪40喉E-淘01SV齐,腥0.李05你,递0.申18那79针40林E-正01杂,临0.掏20壁89转60赞E-识01穗,貌0.哥23啦56驾40雄E-晋01超,枝0.距27平07代10姥E-睛01其,谜0.我31醉89盐80狭E-社01SV全,笋0.登05缠,约0.省38摊99喉30蓝E-艺01鼠,棒0.恰42咳87恋10描E-摧01改,怜0.黎47饼66酱50交E-拨01桐,离0.霜53说75母20拨E-警01医,待0.粒61区57芬10禁E-闻01SV蔑,替0.赌05抢,谎0.硬72事76孙30你E-番01迟,狠0.录80咽00仆00袭E-握01冰,末0.照80接00哨00贩E-软01远,范0.博36鼠00假00便E-协01!!异!!!!启!!SO亩LV晓EFI堂NI振SH7剪Ap粥ri洁l视20匪0513通用汉有限员元程递序A振NS烧YS鄙及应血用9.揪4谱分灯析法求解稿过程（续捷）!*/S骂OL钞UT绝IO诱NAN偿TY肌PE却,2EX察PA延SS脑,1！！援！扩展秀模态MX用PA确ND肯,2蔑0,屡0,英0,毒1,尿0.滥00赴5,SO掏LV耗EFI县NI意SH!*/S跪OL枕UT踪蝶IO瓦NAN闲TY氧PE乳,8SP肾OP劝T,连SP傲RS升,2律0,疑1SR止SS恩,0抛.0鼠05这,D工IS土P！！倦！采用SR爆SS叠加涉各模辜态结婚果SO霉LV庄EFI携NI怖SH!*!*7脂Ap滴ri乔l朱20仇0514通用巾有限笔元程炭序A苗NS冈YS迎及应堵用9.承5床瞬态浅地震笔响应脏求解还过程!!桶!!庙!!时程颗分析除命令系流!!小!*s锣et冷,s热t,亮0.束01！设定散时间栋步长st拳＝0森.0墨1*s民et约,e陷nd毛po待in前t,增10妹0！设定带数组丑长度腊为en淘dp栋oi放nt掘＝10纪0*d数im洲,x窄fo罗rc停e,黄ar雀ra蜻y,春en梨dp城oi追nt！定义摘数组部名xf良or毛ce和长盲度*v万re室ad凤,x际fo提rc引e(逝1)罩,S梨ei才sm谦ic葬_x场,t倡xt！以指嗓定格病式(7挨F1哀0.丸5)从文族件中类读入圣数据(7面F1逐0.耻5)*V员OP俊ER瞧,x称fo膛rc果e(差1)惧,x培fo隔rc联e(史1)券,M拖UL塘T,坦9.拆8,限,料,！对数胜组元拐素进氏行乘尾法运意算7捷Ap毙ri离l让20吨0515通用啦有限或元程喘序A鼠NS茎YS热及应丧用9.端5基瞬态紫地震浩响应钟求解活过程环（续）!!击!!痒!!时程掠分析拢命令味流（王续）!!夺!/S休OL困U!*AN税TY吃PE案,T惭RA牧NS！进行敏瞬态接分析TR煎NO贯PT父,F快UL北L！选择完整若矩阵细法!**d帽im霞,s桌hi羞ji仗an灯,a舞rr供ay畅,e纱nd凳po条in淘t！定义庆数组买名sh君ij路ia种n和长趋度*v可fi机ll么,s敞hi骡ji招an