ANSYS-框架问题计算实例.doc
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框架问题及梁板复合计算
首先要选择分析所用的单元类型。在本次分析中,我们将用到在土木工程中最常用的两种单元:三维梁单元Beam 188 和三维壳单元 Shell 63。一般结构中梁柱可以用梁单元模拟,而剪力墙和楼板则可以用壳单元模拟。ANSYS提供了多种梁单元,其中Beam 188单元的好处是可以很方便的定义各种土木工程常用构件截面形式,并可以很方便的在GUI截面中显示出来,因此比较受欢迎。
首先在ANSYS提供的上百个单元中按类别选择梁单元Beam 188
以及壳单元Shell 63
定义完单元类型后,下面就要定义单元的一些几何属性。我们首先来定义壳单元。进入ANSYS主菜单的第二项,Real Constants,选择Add/Edit/Delete, 进入实参数定义窗口,选择Add按钮添加实参数,并指定该实参数和Shell 63 单元相关。
在实参数窗口中输入壳单元的厚度,在本算例中,壳单元用作楼板,厚度为150mm。需要说明的是,在有限元软件中,一般都不限制参数的单位制,使用者需要根据具体问题选择统一的单位制。比如对于本问题采用的就是N-mm单位制。
选择材料窗口中Material 菜单,选择New Material,材料编号为2,输入混凝土的弹性模量和泊松比,分别为30×103N/mm2和0.2。
下面进入ANSYS的主菜单的第四个选项,输入截面信息。我们要定义的梁单元截面为工字型截面。首先定义柱子,设定截面编号(ID)为1,截面类型选择为工形,按图中提示参数依次输入翼緣宽度,腹板高度,翼緣厚度和腹板厚度。需要注意的是,ANSYS这里还要求输入梁单元轴线在截面上的位置。对于柱子,我们设定轴线在梁截面中心,即选择Offset to “Centroid”
完成截面信息定义后就可以开始建模操作。首先我们通过ANSYS主菜单Preprocessor-Modeling-Create-Keypoint选择建立关键点。需要说明的是,ANSYS建模几何拓扑关系严格遵守点(Keypoint)-线(Line)-面(Area)-体(Volumn)这样的规律,所以我们先从点开始建立模型。
选择点的输入方式为当前坐标系(In Active CS),第一个关键点的编号为1,坐标0,0,0。
下面我们要生成X方向的柱网。在ANSYS主菜单中选择复制(Preprocessor-Modeling-Copy)。复制的对象为Keypoints,从弹出菜单中选择刚才建立的关键点。
这时屏幕显示如下,由于关键点5(即5000000mm位置的点)距离太远,我们看不清其他关键点,所以我们选择Pan-Zoom-Rotate按钮,用Pan-Zoom-Rotate提供的Box Zoom功能放大原点附近的区域。
下一步将把柱网关键点1-4向上(Z轴方向)复制3000mm,生成柱子顶部。同样选择复制关键点,这时也可以用Box工具来选择关键点。
输入复制的距离,为Z方向3000mm。
复制完成后点击Pan-Zoom-Rotate窗口中的Iso按钮,就可以看到三维空间中这些关键点的布置。
建立完关键点后下一步就要建立线。选择Create菜单中的Lines选项,输入线的形式为直线。点选相应关键点,生成直线。
将刚才生成的柱网关键点相连,得到4根柱子轴线如图
复制这些轴线,选择Copy-Lines,选择刚才生成的柱子
进入Copy Lines窗口,输入复制成3份,间距4000mm。
得到柱子布置如图。
同样方法,选择ANSYS主菜单Preprocessor-Modeling- Create- Lines- Lines- Straight Lines 将柱顶相连生成梁
同样,梁单元也需要定位关键点,将位于原点处的关键点1复制到Z轴3000000mm处。
最后生成楼板,进入ANSYS顶部菜单Plot-Lines,选择ANSYS菜单中Create-Areas-Arbitrary-By Lines,即通过线来生成楼板(相应的几何形体为面)。
选择相应的直线,建立面
建立完楼板后,几何建模工作完成,下面需要给刚才建立的几何体赋予物理属性。首先设定梁柱单元。进入Meshing菜单,选择Mesh Attribution,选定所有表示柱子的直线。
设定其材料属性为1(钢材),因为刚才没有设定和梁单元相关的实参数,所以可以任意选择,单元类型为Beam188。截面类型为1。这里尤其需要注意的是,要输入截面方向控制关键点。
我们知道,空间梁单元除了轴线方向以外,还需要一个矢量来定义其截面弯曲的主轴方向。ANSYS中对Beam 188采用了“截面方向控制点”的方法来定义截面主轴方向,即:除了输入单元的两个端点以外,还需要输入一个附加的节点或者关键点。这
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