梁單元、板單元及實(shí)體單元懸臂梁單元midas教程

MIDAS/CIVIL軟件系列培訓(xùn)教材之：梁單元、板單元及及實(shí)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(shè)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(shí)體單元5HYPERLINK\l"_Toc43604685"修改單元坐標(biāo)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(yùn)行結(jié)構(gòu)分析12HYPERLINK\l"_Toc43604690"查看分析結(jié)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(yīng)力19簡要本例題介紹使用梁單元、板單元、實(shí)體單元來建立懸臂梁，并查看各種單元分析結(jié)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(shí)體單元1m實(shí)體單元1m圖1.懸臂梁模型設(shè)定操作環(huán)境打開新項(xiàng)目(NewProject)，保存(Save)為‘Cantilever.mcb’。File/NewProjectFile/Save(Cantilever)單位體系做如下設(shè)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(shí)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(duì)于面內(nèi)厚度和面外厚度的說明請參考在線幫助手冊。對(duì)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(kuò)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(fù)制到板單元的輸入位置后，通過擴(kuò)展功能將梁單元擴(kuò)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(fù)制的梁單元被擴(kuò)展后會(huì)自動(dòng)被刪除。選擇Move的話，該梁單元會(huì)移動(dòng)到生成的板單元的末端。選擇Remove的話，復(fù)制的梁單元被擴(kuò)展后會(huì)自動(dòng)被刪除。選擇Move的話，該梁單元會(huì)移動(dòng)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(fù)制的梁單元建立板單元輸入實(shí)體單元使用同樣的方法，將板單元復(fù)制到實(shí)體單元的輸入位置后，通過擴(kuò)展功能將板單元擴(kuò)展成實(shí)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(shí)體單元模型修改單元坐標(biāo)系單元的內(nèi)力是以相應(yīng)單元的單元坐標(biāo)系為準(zhǔn)輸出的，因此適當(dāng)?shù)刭x予單元坐標(biāo)系，可使查看結(jié)果變得更為方便本例題中使用ChangeElementParameters功能將所有單元的坐標(biāo)系修改為統(tǒng)一的單元坐標(biāo)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(shí)體單元的單元坐標(biāo)系分割單元板單元和實(shí)體單元的大小會(huì)影響分析結(jié)果的精度。這里將板單元按單元坐標(biāo)系的x方向分割成20份，將實(shí)體單元按單元坐標(biāo)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(shí)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(shí)體單元沒有旋轉(zhuǎn)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(shí)體單元沒有旋轉(zhuǎn)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(duì)于梁單元使用ElementBeamLoads功能，對(duì)于板單元和實(shí)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(shí)體單單元的均布荷荷載。實(shí)體單元輸入壓力力荷載時(shí)對(duì)于于加載面可選選擇以節(jié)點(diǎn)為為準(zhǔn)和以單元元為準(zhǔn)兩種方方式，這里選選擇以節(jié)點(diǎn)為為準(zhǔn)選擇加載載面。Load/PPressuureLooads用鼠標(biāo)指定實(shí)體單元上端的任意節(jié)點(diǎn)，就會(huì)自動(dòng)輸入要選擇的平面的Z坐標(biāo)-3.5。Select用鼠標(biāo)指定實(shí)體單元上端的任意節(jié)點(diǎn)，就會(huì)自動(dòng)輸入要選擇的平面的Z坐標(biāo)-3.5。Plane>X--YPlaane;;ZPPositiion(--3.5)LoadCasseNamme>UL--Solidd;Opptionss>AddElementTypess>Soliid,AAll選擇加載方式時(shí)若選擇單元的話，需指定單元的加載面。在圖4左側(cè)的樹形菜單中，單元類型選擇實(shí)體單元后選擇要加載的單元的話，單元加載面就會(huì)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(shí)若選擇單元的話，需指定單元的加載面。在圖4左側(cè)的樹形菜單中，單元類型選擇實(shí)體單元后選擇要加載的單元的話，單元加載面就會(huì)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(yùn)行結(jié)構(gòu)分析Analysiss/PeerformmAnallysis查看分析結(jié)果查看反力利用表格查看由不不同單元構(gòu)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(duì)話話框圖16.反力結(jié)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(shí)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(diǎn)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(gè)個(gè)截面由幾個(gè)個(gè)單元組成，則則對(duì)于整個(gè)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(shí)體單元懸懸臂梁中點(diǎn)((10m)的彎彎矩，現(xiàn)只激激活該部分以以便查看。FrontViiew;InitiialViiew②②①①節(jié)點(diǎn)191的相關(guān)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)191的相關(guān)數(shù)據(jù)圖20.ModellVieww的初始化點(diǎn)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(diǎn)和和單元相關(guān)情情況時(shí)所使用用的功能。點(diǎn)點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)或單單元的輸入欄欄(圖20的eq\o\ac(○,2))后，再點(diǎn)擊擊模型中的節(jié)節(jié)點(diǎn)或單元的的話，相應(yīng)節(jié)節(jié)點(diǎn)或單元的的情報(bào)就會(huì)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(diǎn)或單單元的編號(hào)再再按回車鍵。使使用QuerryNoddes的功能能時(shí)，連續(xù)點(diǎn)點(diǎn)擊兩個(gè)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的話，還提提供這兩個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)對(duì)距離。對(duì)于實(shí)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(gè)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(shí)體單元元懸臂梁的彎彎矩在LocalDiirectiionFoorceSSum對(duì)話框框查看彎矩((Mz)。在LocalDiirectiionFoorceSSum定義結(jié)結(jié)果輸出位置置時(shí)，節(jié)點(diǎn)指指定的順序會(huì)會(huì)決定計(jì)算內(nèi)內(nèi)力時(shí)所參照照的坐標(biāo)系。詳詳細(xì)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(jì)算結(jié)果果如表2所示。[[單位:tonf]梁單元板單元實(shí)體單元彎矩-50-50-50表2.各單元的彎彎矩查看應(yīng)力對(duì)于梁單元可使用用BeamDetaiilAnaalysiss功能查看應(yīng)應(yīng)力發(fā)生的詳詳細(xì)情況。Tools>UnnitSyystemLength>ccm;Forcee>kgfActiveAAllResults/BeaamDettailAAnalyssisLoadCasses/Coombinaationss>ST:UUL-BeaamElementNumbeer(1)StressSSectioon>Norrmal;Fx(on),MMy(on),MMz(on)②②拉應(yīng)力壓應(yīng)力拉應(yīng)力壓應(yīng)力①①圖22.查看梁單單元應(yīng)力對(duì)于板單元查看整整體坐標(biāo)系XX方向上的應(yīng)應(yīng)力。Results/Strressess/Pllane-SS