梁单元板单元及实体单元悬臂梁单元分析midas教程24页secret.docx
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梁单元板单元及实体单元悬臂梁单元分析midas教程24页secret
MIDAS/CIVIL软件系列培训教材之:
梁单元、板单元及实体单元悬臂梁
(Beam&Plate&SolidElements)
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。
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/
NewProject
File/
Save(Cantilever)
单位体系做如下设置。
Tools/UnitSystem
Length>m;Force>tonf
输入材料和截面数据
定义材料
Model/Property/
Material
Type>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/
Section
DB/Usertab
Name>SR;SectionShape>SolidRectangle
User;H(0.4);B
(1)
定义厚度
Model/Property/
Thickness
Valuetab
ThicknessID
(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/
CreateNodes
Coordinates(0,0,0)
Model/Elements/
ExtrudeElements
SelectAll
ExtrudeType>NodeLineElement
ElementAttribute>ElementType>Beam
Material>1:
30;Section>1:
SR;BetaAngle(0)
GenerationType>Translate;
Translation>EqualDistance
dx,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/
TranslateElements
SelectRecentEntities
Mode>Copy
Translation>EqualDistance;dx,dy,dz(0,0.5,-2)
NumberofTimes
(1)
Model/Elements/
ExtrudeElements
SelectRecentEntities
ExtrudeType>LineElem.PlanarElem.
Source>Remove(on)
ElementAttribute>ElementType>Plate
Material>1:
30;Thickness>1:
0.4
GenerationType>Translate
Translation>EqualDistance
dx,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/
TranslateElements
SelectRecentEntities
Mode>Copy
Translation>EqualDistance;dx,dy,dz(0,0,-1.5)
NumberofTimes
(1)
Model/Elements/
ExtrudeElements
SelectRecentEntities
ExtrudeType>PlanarElem.SolidElem.
Source>Remove(on)
ElementAttribute>ElementType>Solid
Material>1:
30
GenerationType>Translate
Translation>EqualDistance
dx,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。
Display
Element>LocalAxis(on)
Model/Elements/
ChangeElementParameters
SelectAll
ParameterType>AlignElementLocal
Model>StandardElement>
(1)
AlignOrder>1st(Loc-z);2nd(Loc-y)
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/
DivideElements
SelectSingle(Element:
3)
Divide>ElementType>Planar;EqualDistance
NumberofDivisionsx(20)
NumberofDivisionsy
(1)
SelectSingle(Element:
5)
Divide>ElementType>Solid;EqualDistance
NumberofDivisionsx(40)
NumberofDivisionsy
(2)
NumberofDivisionsz
(1)
Display
Element>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/Supports
SelectPlane
Plane>YZPlane;XPosition(0)
Options>Add
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-Solid
Load/StaticLoadCases
Name(UL-Beam);Type>UserDefinedLoad
Name(UL-Plate);Type>UserDefinedLoad
Name(UL-Solid);Type>UserDefinedLoad
图11.定义荷载工况
使用ElementBeamLoads功能输入梁单元的均布荷载。
Load/ElementBeamLoads
SelectSingle(Elements:
1)
LoadCaseName>UL-Beam
LoadType>UniformLoads
Direction>GlobalZ;Projection>No;Value>Relative
x1(0);x2
(1);w(-1)
图12.梁单元均布荷载
使用PressureLoads功能输入板单元的均布荷载。
Load/PressureLoads
SelectPolygon(Elements:
所有板单元)
LoadCaseName>UL-Plate;Options>Add
ElementTypes>Plate,Face
PressureonPlateFace>Selection>Element
Direction>GlobalZ;Projection>No
Loads>Uniform;P1(-1)
图13.输入板单元的均布荷载
使用PressureLoads功能输入实体单元的均布荷载。
实体单元输入压力荷载时对于加载面可选择以节点为准和以单元为准两种方式,这里选择以节点为准选择加载面。
Load/PressureLoads
SelectPlane
Plane>X-YPlane;ZPosition(-3.5)
LoadCaseName>UL-Solid;Options>Add
ElementTypes>Solid,All
Selection>Node;Direction>GlobalZ
Loads>Uniform;P1(-1)
图14.输入板单元的均布荷载
运行结构分析
Analysis/
PerformAnalysis
查看分析结果
查看反力
利用表格查看由不同单元构成的悬臂梁在均布荷载作用下的反力。
Results/ResultTables/Reaction
RecordsActivationDialog
Loadcase/Combination
UL-Beam(ST)(on);UL-Plate(ST)(on)
UL-Solid(ST)(on)
图15.RecordsActivationDialog对话框
图16.反力结果表格
查看变形和位移
IsoView
Results/Deformation/
DeformedShape
LoadCases/Combinations>ST:
UL-Beam
Components>DXYZ;TypeofDisplay>Undeformed(on)
LoadCases/Combinations>ST:
UL-Plate
LoadCases/Combinations>ST:
UL-Solid
图17.查看最大位移
各单元悬臂梁的最大位移(DZ)如表1所示。
梁单元
板单元
实体单元
位移
1.353
1.351
1.350
表1.各单元悬臂梁的最大位移
查看内力
查看梁单元悬臂梁的弯矩。
Result/Forces/
BeamDiagrams
Components>My
DisplayOptions>5Points(on);LineFill(on);Scale
(1)
TypeofDisplay>Contour(on);Values(on)
Legend(on)
OutputSectionLocation>All
图18.梁单元中点的弯矩
PlateForces/Moments提供板单元单位宽度内的内力。
如果一个截面由几个单元组成,则对于整个截面的内力可利用LocalDirectionForceSum功能查看。
Results/Forces/
PlateForces/Moments
LoadCases/Combinations>ST:
UL-Plate
PlateForceOptions>Local;Avg.Nodal
Components>Mxx
TypeofDisplay>Contour(on),Legend(on)
图19.查看板单元悬臂梁的弯矩
为查看实体单元悬臂梁中点(10m)的弯矩,现只激活该部分以便查看。
FrontView;
InitialView
图20.ModelView的初始化
点击
SelectWindow选择图20的①,并将其激活。
Query/
QueryNodes
NodeNumber(191)
SelectWindow(Elements:
图20的①)
Active
QueryNodes,QueryElements是查询节点和单元相关情况时所使用的功能。
点击节点或单元的输入栏(图20的
)后,再点击模型中的节点或单元的话,相应节点或单元的情报就会在下面的信息窗口中显示。
也可在输入栏直接输入节点或单元的编号再按回车键。
使用QueryNodes的功能时,连续点击两个节点的话,还提供这两个节点间的相对距离。
对于实体单元不另行输出内力,故需使用LocalDirectionForceSum功能来查看整个截面的内力。
下面查看弯矩。
Results/LocalDirectionForceSum
Mode>SolidFacePolygonSelect;LoadCase>ST:
UL-Solid
Tolerance(0.0001)
CoordinateInput>Positions(271,191,72,152)
图21.实体单元悬臂梁的弯矩
在LocalDirectionForceSum对话框查看弯矩(Mz)。
在LocalDirectionForceSum定义结果输出位置时,节点指定的顺序会决定计算内力时所参照的坐标系。
详细内容请参考在线帮助手册。
用不同单元建立的悬臂梁弯矩的计算结果如表2所示。
梁单元
板单元
实体单元
弯矩
-50
-50
-50
表2.各单元的弯矩
查看应力
对于梁单元可使用BeamDetailAnalysis功能查看应力发生的详细情况。
Tools>UnitSystem
Length>cm;Force>kgf
ActiveAll
Results/BeamDetailAnalysis
LoadCases/Combinations>ST:
UL-Beam
ElementNumber
(1)
StressSection>Normal;Fx(on),My(on),Mz(on)
图22.查看梁单元应力
对于板单元查看整体坐标系X方向上的应力。
Results/Stresses/
Plane-Stress/PlateStresses
LoadCases/Combinations>ST:
UL-Plate
StressOptions>Global;Avg.Nodal;Top
Components>Sig-XX
TypeofDisplay>Contour(on);Legend(on)
图23.板单元悬臂梁的应力
查看某特定节点的应力时,可使用FastQuery功能便利地查看。
查看实体单元悬臂梁整体坐标系X方向上的应力。
NodeNumber(off)
Results/Stresses/
SolidStresses
LoadCases/Combinations>ST:
UL-Solid
StressOptions>Global;Avg.Nodal
Components>Sig-XX;TypeofDisplay>Legend(on)
图24.实体单元悬臂梁上的应力
对实体单元计算的应力成分中,Sig-XX,Sig-YY,Sig-ZZ,Sig-XY,Sig-YZ,Sig-XZ是整体坐标系各方向上的应力。
Sig-P1,Sig-P2,Sig-P3为各主应力,其中Sig-Pmax为最大主应力。
另外还提供Tresca应力和有效应力Sig-EFF。
(详细内容请参考在线帮助手册)
另外,在StressOptions中选择Local(图24的①)的话,还可查看单元坐标系的主应力矢量。
图25.实体单元的主应力矢量
在图形中受拉和受压如下图所示以箭头来表示,查看起来非常方便。
受拉:
受压:
用不同单元建立的悬臂梁弯曲应力的计算结果如表3所示。
梁单元
板单元
实体单元
上部
186.01
187.51
187.73
下部
-186.01
-187.51
-187.73
表3.各单元悬臂梁的弯曲应力
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- 单元 实体 悬臂梁 分析 midas 教程 24 secret