淺談結(jié)構(gòu)動力有限元_第1頁
淺談結(jié)構(gòu)動力有限元_第2頁
淺談結(jié)構(gòu)動力有限元_第3頁
淺談結(jié)構(gòu)動力有限元_第4頁
淺談結(jié)構(gòu)動力有限元_第5頁
已閱讀5頁,還剩4頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

1、得分:南京林業(yè)大學研克生課程論丈20132014學年第一學期課程號:63332課程名稱:結(jié)構(gòu)動力學論文題目:動力有限元法在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用學科專業(yè):結(jié)構(gòu)工程學號:3130194姓名:馬予煒任課教師:孫敦本二o三年十二月動力有限元法在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用摘要:有限元法是口前應(yīng)用最為廣泛的一種離散化數(shù)值方法,其基木思想就是人 為地將連續(xù)體結(jié)構(gòu)分為有限個單元,規(guī)定每個單元所共有的一組變形形式,稱之 為單元位移模式或插值函數(shù)。該方法在工程中冇著廣泛的應(yīng)用,比如:橋梁,建 筑上部和建筑基礎(chǔ)等。關(guān)鍵詞:有限元;動力;位移;ansys1動力有限元法簡介冇限元方法在20世紀50年代起源于航空工程中飛機結(jié)構(gòu)的矩陣分

2、析。冇限 單元法發(fā)展至今,不斷開拓新的領(lǐng)域,其范圍已經(jīng)ft!桿件結(jié)構(gòu)問題擴展到了彈性 力學乃至塑性力學問題,由平面問題擴展到空間問題,出靜力學問題擴展到動力 學問題和穩(wěn)定性問題,由固體力學問題擴展到流體力學、熱力學和電磁學等問題。結(jié)構(gòu)動力學問題的有限元法,實質(zhì)就是將一個彈性連續(xù)體的振動問題,離散 為一個以冇限個節(jié)點位移為廣義坐標的多自曲度系統(tǒng)的振動問題。其基本原理和 分析方法類同靜力學的冇限元法,按桿梁、薄板等不同結(jié)構(gòu)進行分析。不同的是, 應(yīng)用振動理論建立動力學方程時,在單元分析中除需形成剛度矩陣外,還需形成 質(zhì)量矩陣,阻尼矩陣;在整體分析中,不僅求動力響應(yīng),還有求解特征值問題(結(jié) 構(gòu)振動的固

3、冇頻率及相應(yīng)的振動型(或模態(tài))。在動力分析中,由于慣性力和阻 尼力岀現(xiàn)在平衡方程中,因此引入了質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣,最后得到求解方程不 是代數(shù)方程組,而是常微分方程組。用有限元方法分析的步驟可概括為以下幾點:1單元剖分:把連續(xù)彈性體分割成許多個有限大小的單元,并為單元和節(jié)點 編號。2. 單元特征分析:對每個冇限單元,以節(jié)點位移為基本未知量,設(shè)選一 個單元位移函數(shù),之后:(1)用節(jié)點位移表示單位位移,/ = "(2)通過幾何方程用節(jié)點位移表示單元應(yīng)變,£ = ;(3)通過物理方程用節(jié)點位移表示單元應(yīng)力,k = ga(4)通過虛功方程用節(jié)點位移表示節(jié)點力,fe =k e f得出單

4、元剛 度矩陣。3. 總體結(jié)構(gòu)合成(1)分析整理各單元剛度矩陣,通過節(jié)點的平衡方程形成節(jié)點載荷列陣、 合成總體剛度矩陣,建立以節(jié)點位移為未知量的、以總體剛度矩陣為系數(shù)的線性代數(shù)方程:ka = f°(2) 對線性代數(shù)方程組進行邊界條件處理,求解節(jié)點位移。進而由 b = gsf可求得單元應(yīng)力。4. 建立有限單元集合體的運動方程 mu+cu+ku = p(f)式屮,阻尼矩陣c可按rayleigh阻尼假設(shè)形成。2動力有限元法在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用2.1問題的描述某一框架一筒體結(jié)構(gòu),總高度為54m, 18層,層高3m,結(jié)構(gòu)平面圖如圖1 所示。處于某一 7級近源地震荷載作用下,支坐所處的場地為iii類

5、。一.八| 簡體勰rsfc驟1外環(huán)梁1111111框架柱、171圖1結(jié)構(gòu)平面示意圖結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的截面尺寸及混凝土強度標號如表1所示。在此模型 中,鋼筋混凝土的密度統(tǒng)一取2700kg/m3,彈性模量按混凝土的彈性模量取值, 泊松比取0.2。表1模型參數(shù)表構(gòu)件截面尺寸/m混凝土彈性模量e/mpa框架柱1.1x1.1c403.25el0外環(huán)梁0.4x0.6c403.25el0內(nèi)框架梁0.5 x 0.8c403.25el0次梁0.3x0.5c403.25el0筒體墻肢0.3c403.25el0樓屋面板0.2c303.0el0外圍墻體0.2c303.0el0豎向荷載僅考慮結(jié)構(gòu)自重,水平荷載僅考慮地震

6、作用。2.2模態(tài)分析模型建立完成后,進入ansys后處理模塊p0st1進行模態(tài)分析。表2為模型前10階振型自振頻率。前三階的振型圖如圖3圖5所示。 表2模型前十階口振頻率settime/freqload stepsubstepcumulative11.557311122.507712232.83941334585314455.835915566.041116676.345017786.466718896.56441991()6.881811()1()由模型的振型圖可以看出,結(jié)構(gòu)以水平振型為主,一階振型為y方向的平動,二階振型為繞z軸的轉(zhuǎn)動,三階振型也為繞z軸的轉(zhuǎn)動。elementsurot、a

7、nsysr1a.5dec 27 201308:43:51圖3.階振羽圖4二階振型圖5三階振烈結(jié)論動力學的有限元法同靜力學問題,是把物體離散為有限個單元體,考慮單元的 慣性力和阻尼力等動力因素的特性。動力有限元法精度的一個較為全面的對比分 析應(yīng)包描動力時程計算結(jié)果的分析。從自振頻率和精確頻率的對比分析可以發(fā)現(xiàn):(1) 有限元分析低階自振頻率的精度高于高階頻率。(2) 增加有限元數(shù)量可以很快提高分析精度。(3) 在采用數(shù)目相同的有限元法的情況下,一致質(zhì)量法的結(jié)果優(yōu)于集中質(zhì) 量法,但一致質(zhì)量法要花費更多的時間來解決特征值問題,因為單元的數(shù)量相同 時,一致質(zhì)量法的動力口由度比集中質(zhì)量法的多一倍。動力學的有限元法如果能求出各單元的物理特性,也就可以求出這個組合結(jié) 構(gòu)的物理特性。因此,有限元法就是對單元力學性質(zhì)的分析。它將在工程中得到 廣泛的應(yīng)用。參考文獻:1母恩爲,陳國平,基于ansys的高層框架結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析j,四川建筑第28卷6期王新敏,ansys工程結(jié)

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論