midas梁單元、板單元及實體單元懸臂梁模型的建立及結(jié)構(gòu)分析

.z.梁單元、板單元及實體單元懸臂梁邁達(dá)斯技術(shù)目錄TOC\h\z\t"3??????,3,1???,1,2???,2"簡要1設(shè)定操作環(huán)境1輸入材料和截面數(shù)據(jù)2定義材料2定義截面2定義厚度2建立懸臂梁模型3輸入梁單元3輸入板單元4輸入實體單元5修改單元坐標(biāo)系6分割單元7輸入邊界條件8輸入荷載9運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析12查看分析結(jié)果13查看反力13查看變形和位移14查看力15查看應(yīng)力19-.z.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(jié)果的方法。模型如圖1所示，截面為長方形(0.4m*1m)，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(shè)定操作環(huán)境打開新項目(新項目)，保存(保存)為‘Cantilever.mcb’。文件/新項目文件/保存(懸臂梁)單位體系做如下設(shè)置。工具/單位體系長度>m;力>tonf輸入材料和截面數(shù)據(jù)定義材料模型/材料和截面特性/材料類型>混凝土;規(guī)>GB-Civil(RC);數(shù)據(jù)庫>30定義截面使用UserType，輸入實腹長方形截面(0.4m×1m)。模型/材料和截面特性/截面數(shù)據(jù)庫/用戶名稱>SR;截面類型>實腹長方形截面用戶;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。模型/材料和截面特性/厚度數(shù)值厚度號(1);面和面外(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。標(biāo)準(zhǔn)視圖,自動對齊(開),單元號(開)模型/節(jié)點/建立坐標(biāo)(0,0,0)模型/單元/擴(kuò)展單元全選擴(kuò)展類型>節(jié)點線單元單元屬性>單元類型>梁材料>1:30;截面>1:SR;BetaAngle(0)生成形式>復(fù)制和移動;復(fù)制和移動>等間距d*,dy,dz(20,0,0);復(fù)制次數(shù)(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。模型/單元/復(fù)制和移動選擇最新建立的個體形式>復(fù)制移動和復(fù)制>等間距;d*,dy,dz(0,0.5,-2)復(fù)制次數(shù)(1)模型/單元/擴(kuò)展單元選擇最新建立的個體選擇刪除的話，復(fù)制的梁單元被擴(kuò)展后會自動被刪除。選擇移動選擇刪除的話，復(fù)制的梁單元被擴(kuò)展后會自動被刪除。選擇移動的話，該梁單元會移動到生成的板單元的末端。目標(biāo)>移動(on)單元屬性>單元類型>板單元材料>1:30;厚度>1:0.4生成形式>復(fù)制和移動復(fù)制和移動>等間距d*,dy,dz(0,-1,0);復(fù)制次數(shù)(1)圖6.利用復(fù)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(fù)制到實體單元的輸入位置后，通過擴(kuò)展功能將板單元擴(kuò)展成實體單元。模型/單元/復(fù)制和移動選擇最新建立的個體模型>復(fù)制復(fù)制和移動>等間距;d*,dy,dz(0,0,-1.5)復(fù)制次數(shù)(1)模型/單元/擴(kuò)展單元選擇最近建立的個體擴(kuò)展類型>平面單元實體單元目標(biāo)>移動(on)單元屬性>單元類型>實體材料>1:30生成類型>復(fù)制和移動復(fù)制和移動>等間距d*,dy,dz(0,0,-0.4);復(fù)制次數(shù)(1)圖7.輸入實體單元模型修改單元坐標(biāo)系單元的力是以相應(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。顯示單元>局部坐標(biāo)軸(開)模型/單元/修改單元參數(shù)全選參數(shù)類型>修改單元坐標(biāo)軸模型>參考單元>(1)與參考單元對齊坐標(biāo)軸優(yōu)先順序>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(biāo)系分割單元板單元和實體單元的大小會影響分析結(jié)果的精度。這里將板單元按單元坐標(biāo)系的*方向分割成20份，將實體單元按單元坐標(biāo)系的*,y方向分別分割成40份和2份。模型/單元/分割單元單選(單元:3)分割>單元類型>平面;等間距*方向分割數(shù)量(20)y方向分割數(shù)量(1)單選(單元:5)分割>單元類型>實體;等間距*方向分割數(shù)量(40)y方向分割數(shù)量(2)z方向分割數(shù)量(1)顯示單元>局部坐標(biāo)軸(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）。模型/邊界條件/一般支撐平面選擇平面>YZ平面;*坐標(biāo)(0)實體單元沒有旋轉(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。選擇>添加實體單元沒有旋轉(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。支撐條件類型>D-All(開),R-All(開)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-Solid荷載/靜力荷載工況名稱(UL-Beam);類型>用戶定義的荷載名稱(UL-Plate);類型>用戶定義的荷載名稱(UL-Solid);類型>用戶定義的荷載圖11.定義荷載工況使用ElementBeamLoads功能輸入梁單元的均布荷載。荷載/梁單元荷載單選(單元:1)荷載工況名稱>UL-Beam荷載類型>均布荷載方向>整體坐標(biāo)系Z;投影>No;數(shù)值>相對值*1(0);*2(1);w(-1)圖12.梁單元均布荷載使用PressureLoads功能輸入板單元的均布荷載。荷載/壓力荷載多邊形選擇(單元:所有板單元)荷載工況名稱>UL-Plate;選擇>添加單元類型>板平面應(yīng)力單元（面）壓力面>選擇>單元方向>整體坐標(biāo)系Z;投影>No荷載>均布;P1(-1)圖13.輸入板單元的均布荷載使用PressureLoads功能輸入實體單元的均布荷載。實體單元輸入壓力荷載時對于加載面可選擇以節(jié)點為準(zhǔn)和以單元為準(zhǔn)兩種方式，這里選擇以節(jié)點為準(zhǔn)選擇加載面。荷載/壓力荷載用鼠標(biāo)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(biāo)-3.5用鼠標(biāo)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(biāo)-3.5。平面>*-Y平面;Z坐標(biāo)(-3.5)荷載工況名稱>UL-實體;選擇>添加單元類型>實體單元（面）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(cè)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。選擇>節(jié)點;方向>整體坐標(biāo)系Z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(cè)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。荷載>均布;P1(-1)Selection的ElementSelection的Element方式荷載加載面荷載加載面圖14.輸入板單元的均布荷載運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析分析/運(yùn)行分析查看分析結(jié)果查看反力利用表格查看由不同單元構(gòu)成的懸臂梁在均布荷載作用下的反力。結(jié)果/分析結(jié)果表格/反力記錄激活荷載工況/荷載組合UL-梁(ST)(開);UL-板(ST)(開)UL-實體(ST)(開)圖15.激活紀(jì)錄對話框圖16.反力結(jié)果表格查看變形和位移標(biāo)準(zhǔn)視圖結(jié)果/變形/變形形狀荷載工況/荷載組合>ST:UL-梁位移>D*YZ;顯示類型>變形前(開)荷載工況/荷載組合>ST:UL-板荷載工況/荷載組合>ST:UL-實體①①圖17.查看最大位移[單位[單位:m]梁單元板單元實體單元位移1.3531.3511.350表1.各單元懸臂梁的最大位移查看力查看梁單元懸臂梁的彎矩。結(jié)果/力/梁單元力圖力>My顯示選項>5點(開);線涂色(開);系數(shù)(1)顯示類型>等值線圖(開);數(shù)值(開)圖例(開)輸出>全部圖18.梁單元中點的彎矩板單元力/彎矩提供板單元單位寬度的力。如果一個截面由幾個單元組成，則對于整個截面的力可利用局部方向力的合力功能查看。結(jié)果/力/板單元力/彎矩荷載工況/荷載組合>ST:UL-板坐標(biāo)系>單元;節(jié)點平均值力>M**顯示類型>等值線圖(開),圖例(開)圖19.查看板單元懸臂梁的彎矩為查看實體單元懸臂梁中點(10m)的彎矩，現(xiàn)只激活該部分以便查看。正面;初始畫面②②①①節(jié)點191的相關(guān)數(shù)據(jù)節(jié)點191的相關(guān)數(shù)據(jù)圖20.ModelView的初始化點擊窗口選擇選擇圖20的①，并將其激活。查詢/查詢節(jié)點節(jié)點號(191)窗口選擇(單元:圖20的①)激活查詢節(jié)點,查詢單元是查詢節(jié)點和單元相關(guān)情況時所使用的功能。點擊節(jié)點或單元的輸入欄(圖20的eq\o\ac(○,2))后，再點擊模型中的節(jié)點或單元的話，相應(yīng)節(jié)點或單元的情報就會在下面的信息窗口中顯示。也可在輸入欄直接輸入節(jié)點或單元的編號再按回車鍵。使用查詢節(jié)點的功能時，連續(xù)點擊兩個節(jié)點的話，還提供這兩個節(jié)點間的相對距離。對于實體單元不另行輸出力，故需使用局部方向力的合力功能來查看整個截面的力。下面查看彎矩。結(jié)果/局部方向力的合力形式>用多邊形選擇實體表面;荷載工況>ST:UL-實體輸入坐標(biāo)>位置(271,191,72,152)圖21.實體單元懸臂梁的彎矩在局部方向力的合力對話框查看彎矩(Mz)。在局部方向力的合力定義結(jié)果輸出位置時，節(jié)點指定的順序會決定計算力時所參照的坐標(biāo)系。詳細(xì)容請參考在線幫助手冊。用不同單元建立的懸臂梁彎矩的計算結(jié)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.各單元的彎矩查看應(yīng)力對于梁單元可使用梁單元細(xì)部分析功能查看應(yīng)力發(fā)生的詳細(xì)情況。工具>單位體系長度>cm;力>kgf全部激活結(jié)果/梁單元細(xì)部分析荷載工況/荷載組合>ST:UL-梁單元號(1)截面應(yīng)力>Normal;F*(開),My(開),Mz(開)②②拉應(yīng)力壓應(yīng)力拉應(yīng)力壓應(yīng)力①①圖22.查看梁單元應(yīng)力對于板單元查看整體坐標(biāo)系*方向上的應(yīng)力。結(jié)果/應(yīng)力/平面應(yīng)力/板應(yīng)力荷載工況/荷載組合>ST:UL-板選擇應(yīng)力坐標(biāo)系>整體坐標(biāo)系;節(jié)點的平均值;頂面應(yīng)力>Sig-**顯示類型>等值線圖(開);圖例(開)選擇選擇兩面顯示板厚度上的應(yīng)力分布圖23.板單元懸臂梁的應(yīng)力查看*特定節(jié)點的應(yīng)力時，可使用快速查詢功能便利地查看。查看實體單元懸臂梁整體坐標(biāo)系*方向上的應(yīng)力。節(jié)點號(off)結(jié)果/應(yīng)力/實體應(yīng)力荷載工況/荷載組合>ST:UL-實體選擇應(yīng)力坐標(biāo)系>整體坐標(biāo)系;節(jié)點的平均值應(yīng)力>Sig-**;顯示類型>圖例(開)①①圖24.實體單元懸臂梁上的應(yīng)力對實體單元計算的應(yīng)力成分中，Sig-**,Sig-YY,Sig-ZZ,Sig-*Y,Sig-YZ,Sig-*Z是整體坐標(biāo)系各方向上的應(yīng)力。Sig-P1,Sig-P2,Sig-P3