梁單元、板單元及實體單元懸臂梁單元midas教程

MIDAS/CIVIL軟件系列培訓教材之：梁單元、板單元及及實體單元懸懸臂梁(Beam&PPlate&SollidEllementts)目錄TOC\h\z\t"3??????,3,1???,1,2???,2"HYPERLINK\l"_Toc43604674"簡要1HYPERLINK\l"_Toc43604675"設定操作環(huán)境1HYPERLINK\l"_Toc43604676"輸入材料和截面數(shù)據(jù)2HYPERLINK\l"_Toc43604677"定義材料2HYPERLINK\l"_Toc43604678"定義截面2HYPERLINK\l"_Toc43604679"定義厚度2HYPERLINK\l"_Toc43604681"建立懸臂梁模型3HYPERLINK\l"_Toc43604682"輸入梁單元3HYPERLINK\l"_Toc43604683"輸入板單元4HYPERLINK\l"_Toc43604684"輸入實體單元5HYPERLINK\l"_Toc43604685"修改單元坐標系6HYPERLINK\l"_Toc43604686"分割單元7HYPERLINK\l"_Toc43604687"輸入邊界條件8HYPERLINK\l"_Toc43604688"輸入荷載9HYPERLINK\l"_Toc43604689"運行結構分析12HYPERLINK\l"_Toc43604690"查看分析結果13HYPERLINK\l"_Toc43604691"查看反力13HYPERLINK\l"_Toc43604692"查看變形和位移14HYPERLINK\l"_Toc43604693"查看內(nèi)力15HYPERLINK\l"_Toc43604694"查看應力19簡要本例題介紹使用梁單元、板單元、實體單元來建立懸臂梁，并查看各種單元分析結果的方法。模型如圖1所示，截面為長方形(0.4mx1m)，長20m。固定端固定端梁單元梁單元長:20m長:20m板單元0.4m0.4m材料:C3材料:C30實體單元1m實體單元1m圖1.懸臂梁模型設定操作環(huán)境打開新項目(NewProject)，保存(Save)為‘Cantilever.mcb’。File/NewProjectFile/Save(Cantilever)單位體系做如下設置。Tools/UnitSystemLength>m;Force>tonf輸入材料和截面數(shù)據(jù)定義材料Model/Property/MaterialType>Concrete;Standard>GB-Civil(RC);DB>30定義截面使用UserType，輸入實腹長方形截面(0.4m×1m)。Model/Property/SectionDB/UsertabName>SR;SectionShape>SolidRectangleUser;H(0.4);B(1)定義厚度對于面內(nèi)厚度和面外厚度的說明請參考在線幫助手冊。對于面內(nèi)厚度和面外厚度的說明請參考在線幫助手冊。Model/Property/ThicknessValuetabThicknessID(1);In-plane&Out-of-plane(0.4)圖2.定義材料圖3.定義截面圖4.定義厚度建立懸臂梁模型輸入梁單元使用擴展功能建立梁單元。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)圖5.輸入梁單元輸入板單元首先將梁單元復制到板單元的輸入位置后，通過擴展功能將梁單元擴展成板單元。Model/Elements/TranslateElementsSelectRecentEntitiesMode>CopyTranslation>EqualDistance;dx,dy,dz(0,0.5,-2)NumberofTimes(1)Model/Elements/ExtrudeElementsSelectRecentEntities選擇Remove的話，復制的梁單元被擴展后會自動被刪除。選擇Move的話，該梁單元會移動到生成的板單元的末端。選擇Remove的話，復制的梁單元被擴展后會自動被刪除。選擇Move的話，該梁單元會移動到生成的板單元的末端。Source>Remove(on)ElementAttribute>ElementType>PlateMaterial>1:30;Thickness>1:0.4GenerationType>TranslateTranslation>EqualDistancedx,dy,dz(0,-1,0);NumberofTimes(1)圖6.利用復制的梁單元建立板單元輸入實體單元使用同樣的方法，將板單元復制到實體單元的輸入位置后，通過擴展功能將板單元擴展成實體單元。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)圖7.輸入實體單元模型修改單元坐標系單元的內(nèi)力是以相應單元的單元坐標系為準輸出的，因此適當?shù)刭x予單元坐標系，可使查看結果變得更為方便本例題中使用ChangeElementParameters功能將所有單元的坐標系修改為統(tǒng)一的單元坐標系。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圖8.修改板單元和實體單元的單元坐標系分割單元板單元和實體單元的大小會影響分析結果的精度。這里將板單元按單元坐標系的x方向分割成20份，將實體單元按單元坐標系的x,y方向分別分割成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)圖9.被分割的板單元和實體單元輸入邊界條件輸入各單元模型的邊界條件（固定端）。Model/Boundary/SupportsSelectPlanePlane>YZPlane;XPosition(0)實體單元沒有旋轉自由度，因此不需約束。但由于是和其他單元一同定義邊界條件，因此方便約束所有自由度。Options>Add實體單元沒有旋轉自由度，因此不需約束。但由于是和其他單元一同定義邊界條件，因此方便約束所有自由度。SupportType>D-All(on),R-All(on)圖10.輸入懸臂梁的邊界條件輸入荷載對于梁單元使用ElementBeamLoads功能，對于板單元和實體單元使用PressureLoads功能按懸臂梁的重力方向(GCS–Z軸)輸入1tonf/m的均布荷載。荷載工況1:UL-Beam荷載工況2:UL-Plate荷載工況3:UL-SolidLoad/StaticLoadCasesName(UL-Beam);Type>UserDefinedLoadName(UL-Plate);Type>UserDefinedLoadName(UL-Solid);Type>UserDefinedLoad圖11.定義荷載載工況使用ElemenntBeaamLoaads功能輸輸入梁單元的的均布荷載。Load/EElemenntBeaamLoaadsSelectSSinglee(Elemments:1)LoadCasseNamme>UL--BeamLoadTyppe>UniiformLoadssDirectioon>GloobalZZ;PProjecction>>No;Valuue>Rellativeex1(0));x2(1);w(-1))圖12.梁單元均均布荷載使用PressuureLooads功能能輸入板單元元的均布荷載載。Load/PPressuureLooadsSelectPPolygoon(Elemments:所有板板單元)LoadCasseNamme>UL--Platee;Opptionss>AddElementTypess>Platte,FFacePressureeonPPlateFace>>Selecction>>ElemeentDirectioon>GloobalZZ;Projeectionn>NoLoads>Unniformm;PP1(-1))圖13.輸入板單單元的均布荷荷載使用PressuureLooads功能能輸入實體單單元的均布荷荷載。實體單元輸入壓力力荷載時對于于加載面可選選擇以節(jié)點為為準和以單元元為準兩種方方式，這里選選擇以節(jié)點為為準選擇加載載面。Load/PPressuureLooads用鼠標指定實體單元上端的任意節(jié)點，就會自動輸入要選擇的平面的Z坐標-3.5。Select用鼠標指定實體單元上端的任意節(jié)點，就會自動輸入要選擇的平面的Z坐標-3.5。Plane>X--YPlaane;;ZPPositiion(--3.5)LoadCasseNamme>UL--Solidd;Opptionss>AddElementTypess>Soliid,AAll選擇加載方式時若選擇單元的話，需指定單元的加載面。在圖4左側的樹形菜單中，單元類型選擇實體單元后選擇要加載的單元的話，單元加載面就會按虛線顯示，若加載面不符，可通過變換壓力面#來調(diào)整。Selectioon>Nodde;DDirecttion>GGloballZ選擇加載方式時若選擇單元的話，需指定單元的加載面。在圖4左側的樹形菜單中，單元類型選擇實體單元后選擇要加載的單元的話，單元加載面就會按虛線顯示，若加載面不符，可通過變換壓力面#來調(diào)整。Loads>Unniformm;P1(-1))Selection的ElementSelection的Element方式荷載加載面荷載加載面圖14.輸入板單單元的均布荷荷載運行結構分析Analysiss/PeerformmAnallysis查看分析結果查看反力利用表格查看由不不同單元構成成的懸臂梁在在均布荷載作作用下的反力力。Results/RessultTTabless/ReeactioonRecordsActivvationnDiallogLoadcasee/CombbinatiionUL-Beam((ST)((on);ULL-Platte(ST))(on)UL-Solidd(ST)(on)圖15.ReccordsActivvationnDiallog對話話框圖16.反力結果果表格查看變形和位移IsoViewwResults/Defformattion//DefoormedShapeeLoadCasses/Coombinaationss>ST:UUL-BeaamComponennts>DXXYZ;TypeeofDDisplaay>Unddeformmed(on)LoadCasses/Coombinaationss>ST:UUL-PlaateLoadCasses/Coombinaationss>ST:UUL-Sollid①①圖17.查看最大大位移[單位:m]各單元懸臂梁的[單位:m]梁單元板單元實體單元位移1.3531.3511.350表1.各單元懸臂臂梁的最大位位移查看內(nèi)力查看梁單元懸臂梁梁的彎矩。Result//Forcces/BeamDiagrramsComponennts>MyyDisplayOptioons>5Pointts(on);LiineFiill(oon);;Scaale(1)TypeofDispllay>Coontourr(on);Vaalues(on)Legend((on)OutputSSectioonLoccationn>All圖18.梁單元中中點的彎矩PlateFoorces//Momennts提供板板單元單位寬寬度內(nèi)的內(nèi)力力。如果一個個截面由幾個個單元組成，則則對于整個截截面的內(nèi)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)圖19.查看板單單元懸臂梁的的彎矩為查看實體單元懸懸臂梁中點((10m)的彎彎矩，現(xiàn)只激激活該部分以以便查看。FrontViiew;InitiialViiew②②①①節(jié)點191的相關數(shù)據(jù)節(jié)點191的相關數(shù)據(jù)圖20.ModellVieww的初始化點擊SelecttWinddow選擇圖圖20的①，并將其激活活。Query/QuerryNoddesNodeNummber((191)SelectWWindoww(Elemments:圖20的①)ActiveQueryNoodes,QueryyElemments是是查詢節(jié)點和和單元相關情情況時所使用用的功能。點點擊節(jié)點或單單元的輸入欄欄(圖20的eq\o\ac(○,2))后，再點擊擊模型中的節(jié)節(jié)點或單元的的話，相應節(jié)節(jié)點或單元的的情報就會在在下面的信息息窗口中顯示示。也可在輸輸入欄直接輸輸入節(jié)點或單單元的編號再再按回車鍵。使使用QuerryNoddes的功能能時，連續(xù)點點擊兩個節(jié)點點的話，還提提供這兩個節(jié)節(jié)點間的相對對距離。對于實體單元不另另行輸出內(nèi)力力，故需使用用LocallDireectionnForcceSumm功能來查看看整個截面的的內(nèi)力。下面查看彎矩。Results/LoccalDiirectiionFoorceSSumMode>SollidFaacePoolygonnSeleect;LoaddCase>>ST:ULL-SoliidTolerancce(0.00001)CoordinaateInnput>PPositiions((271,,191,,72,152))圖21.實體單元元懸臂梁的彎彎矩在LocalDiirectiionFoorceSSum對話框框查看彎矩((Mz)。在LocalDiirectiionFoorceSSum定義結結果輸出位置置時，節(jié)點指指定的順序會會決定計算內(nèi)內(nèi)力時所參照照的坐標系。詳詳細內(nèi)容請參參考在線幫助助手冊。用不同單元建立的的懸臂梁彎矩矩的計算結果果如表2所示。[[單位:tonf]梁單元板單元實體單元彎矩-50-50-50表2.各單元的彎彎矩查看應力對于梁單元可使用用BeamDetaiilAnaalysiss功能查看應應力發(fā)生的詳詳細情況。Tools>UnnitSyystemLength>ccm;Forcee>kgfActiveAAllResults/BeaamDettailAAnalyssisLoadCasses/Coombinaationss>ST:UUL-BeaamElementNumbeer(1)StressSSectioon>Norrmal;Fx(on),MMy(on),MMz(on)②②拉應力壓應力拉應力壓應力①①圖22.查看梁單單元應力對于板單元查看整整體坐標系XX方向上的應應力。Results/Strressess/Pllane-SS