ANSYS13.0有限元分析操作

时间：2023-10-23 理论教育 版权反馈

【摘要】：定义[型梁截面形状继续输入ID=2，在Sub-Type选项中选择[型，输入W1=W2=0.055，W3=0.04，t1=t2=t3=0.005，在Coarse-Fine中设置1，单击Apply；定义L型梁截面形状继续输入ID=3，在Sub-Type选项中选择L型，输入W1=W2=0.05，t1=t2=0.005，设置Coarse-Fine为1，单击Apply。

ANSYS13.0有限元分析操作

1.定义文件名

GUI：Utility Menu|File|Change Jobname

操作后弹出一个对话框，在输入栏中输入“steelstructure”单击OK。

2.定义单元和属性

（1）定义单元

GUI：Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete

操作后弹出对话框，单击Add，在弹出对话框的左边选择Beam，然后在右边选择2node188单元，单击Apply；继续在左边选择Beam，然后在右边选择三维elastic4，单击Appy；继续在左边选择Shell，然后在右边选择Elastic 4node 181，单击OK。

（2）定义单元关键字

在单元类型对话框中，单击Options按钮，设置关键字K3为考虑厚度（Full w/incompatible），设置关键字K8为输出所有层的计算结果（Alllayers），单击OK。

（3）定义实常数

GUI：Main Menu|Preprocessor|Real Constants|Add/Edit/Delete

在弹出的对话框中选择Add，在弹出的对话框中选择Shell181，单击OK，在弹出的对话框的Shell thickness at

nodeITK（I）选项中输入0.005。

（4）定义单元材料常数

GUI：Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models

弹出一个对话框，单击Structural|Liner|Elastic|Isotropic,又弹出一个输入材料属性的对话框，输入EX=2E11，PRXY=0.3，单击OK，关闭对话框。单击Density，输入DENS=7800。

3.定义梁截面形状

（1）定义工型梁截面形状

GUI：Main Menu|Preprocessor|Sections|Beam|Common Sections，在弹出的Beam Tool面板中的输入ID=1，在Sub-Type选项中选择工型，输入W1=0.11m，W2=0.11m，

W3=0.07，t1=t2=t3=0.005，设置Coarse-Fine为1，单击Apply。

（2）定义[型梁截面形状

继续输入ID=2，在Sub-Type选项中选择[型，输入W1=W2=0.055，W3=0.04，t1=t2=t3=0.005，在Coarse-Fine中设置1，单击Apply；

（3）定义L型梁截面形状

继续输入ID=3，在Sub-Type选项中选择L型，输入W1=W2=0.05，t1=t2=0.005，设置Coarse-Fine为1，单击Apply。

（4）定义巨型梁界面

继续输入ID=4，在Sub-Type选项中选择矩型，输入B=0.055，H=0.015，Nb=5，Nh=5，单击OK。

4.建立模型

（1）定义关键点

在弹出的对话框中输入NPT=1，X=Y=Z=0，单击Apply；继续输入NPT=2，X=0，Y=2.5，Z=0，单击Apply；继续输入NPT=3，X=2.5，Y=3，Z=0，单击Apply；按照同样的方法定义关键点4到16，每个关键点对应的坐标为3：X=1.25，Y=2.75，Z=0；4：X=2.5，Y=3，Z=0；5：X=3.75，Y=2.75，Z=0；6：X=5，Y=2.5，Z=0；7：X=2.5，Y=2.5，Z=0；8：X=5，Y=0，Z=0；9：X=0，Y=0，Z=12；10：X=0，Y=2.5，Z=12；11：X=1.25，Y=2.75，Z=12；12：X=2.5，Y=3，Z=12；13：X=3.75，Y=2.75，Z=12；14：X=5，Y=2.5，Z=12；15：X=2.5，Y=2.5，Z=12；16：X=5，Y=0，Z=12。

（2）打开关键点和线编号

GUI：Utility Menu|PlotCtrls|Numbering

在弹出的对话中，勾选Line和KP，单击OK，关闭对话框。

（3）定义线

弹出拾取对话框，拾取关键点1和2，生成线1，按照同样的方法拾取关键点2和3，3和4，4和5，5和6，6和8，2和7，7和6，3和7，4和7，5和7，6和14，4和12，2和10，9和10，10和11，11和12，12和13，13和14，10和14，11和15，12和15，13和15，14和16，7和15。

（4）定义面

弹出拾取对话框，拾取线L4，L5，L13，L18，L19，L12，单击Apply；继续拾取线L3，L2，L14，L16，L17，L13，单击OK。

（5）在关键点之间定义关键点

弹出拾取对话框，拾取关键点16和8，单击Apply，在弹出对话框的ValueType选项中选择RATI，在Value中输入0.25，单击Apply；拾取关键点16和8，单击Apply，Value设置为0.5，单击Apply；拾取关键点16和8，单击Apply，Value设置为0.75，单击Apply；使用同样的操作方法在关键点1和9之间定义三个关键点，Value值分别为0.25，0.5和0.75。

（6）分割面和线

1）移动工作平面。

GUI：Utility Menu|WorkPlane|Offset WP by Increments

在弹出对话框的SnapsX，Y，ZOffsets选项中输入0，3，0，单击Apply。

2）分割面。

弹出拾取对话框，拾取面A1和A2，单击OK。

3）分割线

弹出拾取对话框，拾取线L26，单击OK。

4）移动工作平面

GUI：Utility Menu|WorkPlane|Offset WP by Increments

在弹出的对话框中的SnapsX，Y，ZOffsets选项中输入0，3，0，单击Apply。

5）分割面

弹出拾取对话框，拾取面A4和A5，单击OK。

6）分割线

弹出拾取对话框，拾取线L33，单击OK。

7）移动工作平面

GUI：Utility Menu|WorkPlane|Offset WP by Increments

在弹出的对话框中的SnapsX，Y，ZOffsets选项中输入0，3，0，单击Apply。

8）分割面

弹出拾取对话框，拾取面A6和A7，单击OK。

9）分割线

弹出拾取对话框，拾取线L32，单击OK。

（7）定义线

弹出拾取对话框，拾取关键点33和34，生成线，单击Apply，按照同样的操作方法拾取关键点31和34，34和32，29和30，30和28，27和30，25和26，24和26，23和26，19和32，18和28，17和24，22和33，21和29，20和25。

5.网格划分

（1）显示线

GUI：Utility Menu|Plot|Lines

（2）打开网格划分工具面板

GUI：Main Menu|Preprocessor|Meshing|MeshTool。

（3）设定网格划分尺寸

选择网格划分工具中的Lines|Set，弹出拾取对话框，拾取线15，25，54，55，56，6，1，59，58，57，单击Apply，在弹出对话框的NDIV中输入10，含义为每条线划分10个单元，单击Apply；返回拾取对话框，继续拾取线，20，21，43，41，47，37，32，44，42，38，40，33，45，36，35，48，49，31，40，34，26，39，30，29，52，13，51，28，14，27，12，8，7，单击Apply，在弹出对话框的NDIV中输入12，单击Apply；返回拾取对话框，继续拾取线，16，17，22，23，24，18，19，46，50，53，10，2，3，9，4，11，5，在弹出对话框的NDIV中输入12，单击OK。

（4）划分屋顶网格

1）设置单元属性

单击网格划分工具面板上单元属性（Element Attributes）中的Set选项，弹出网格属性对话框，选择对话框中的TYPE即单元属性为3Shell，MAT=1，REAL=1，SECNUM=No Section，单击OK。

2）划分网格

单击网格划分工具中的Mesh选项，弹出拾取对话框，单击PickAll。

（5）划分立柱网格

1）设置单元属性

单击网格划分工具面板上单元属性（Element Attributes）中的Set选项，弹出网格属性对话框，选择对话框中的TYPE即单元属性为Beam188，MAT=1，SECNUM=1，单击OK。

2）设置划分网格类型

设置网格划分工具面板中的Mesh选项为Lines。

3）划分网格

单击网格划分工具中的Mesh选项，弹出拾取对话框，拾取线15，25，54，55，56，6，1，59，58，57，单击OK。(www.daowen.com)

（6）划分横梁网格

1）设置单元属性

单击网格划分工具面板上单元属性（Element Attributes）中的Set选项，弹出网格属性对话框，选择对话框中的TYPE，即单元属性为Beam188，MAT=1，SECNUM=2，单击OK。

2）划分网格

单击网格划分工具中的Mesh选项，弹出拾取对话框，拾取线20，21，38，32，47，45，49，48，39，52，51，14，7，8，单击OK。

（7）划分斜肋网格

1）设置单元属性

单击网格划分工具面板上单元属性（Element Attributes）中的Set选项，弹出网格属性对话框，选择对话框中的TYPE即单元属性为Beam188，MAT=1，SECNUM=3，单击OK。

2）划分网格

单击网格划分工具中的Mesh选项，弹出拾取对话框，拾取线22，24，9，11，单击OK。

（8）划分拱肋网格

1）设置单元属性

单击网格划分工具面板上单元属性（Element Attributes）中的Set选项，弹出网格属性对话框，选择对话框中的TYPE，即单元属性为Beam4，MAT=1，SECNUM=4，单击OK。

2）划分网格

单击网格划分工具中的Mesh选项，弹出拾取对话框，拾取16，17，18，19，23，42，37，41，46，33，31，35，50，26，13，29，53，27，2，3，4，5，10，单击OK。

6.模态求解

（1）设置求解条件

1）设置求解类型为模态分析。

GUI：Main Menu|Solution|Analysis Type|New Analysis

在弹出的对话框中选中Modal。

2）设置模态分析选项。

GUI：Main Menu|Solution|Analysis Type|Analysis Options

弹出模态分析（ModelAnalysis）对话框，设置模态提取方法为Block Lanczos；在No.of modes to extract选项中设置模态提取阶数为15，在NMODENo.of modes to expand选项中设置模态提取阶数为15，勾选Calculate elem results，单击OK，保持弹出Block Lanczos方法对话框的默认设置，单击OK。

（2）设置边界条件

约束立柱底端的所有自由度。

弹出拾取对话框，拾取立柱的10个底端节点，单击OK。

（3）进行求解

GUI：Main Menu|Solution|Current LS

弹出求解对话框，单击OK。忽略警告，单击Yes。

7.扩展模态

（1）设置求解类型为模态分析

GUI：Main Menu|Solution|Analysis Type|New Analysis

在弹出的对话框中选中Modal。

（2）扩展模态

在弹出对话框的NMODE选项中输入15，含义为扩展15阶模态，勾选Calculateelem results，其他保持默认值，单击OK。

（3）求解

GUI：Main Menu|Solution|Current LS

弹出求解对话框，单击OK。忽略警告，单击Yes。

8.进行谱解

（1）设置求解条件

1）设置求解类型为谱分析。

GUI：Main Menu|Solution|Analysis Type|New Analysis

在弹出的对话框中选中Spectrum，单击OK。

2）设置普分析选项。

GUI：Main Menu|Solution|Analysis Type|Analysis Options

弹出普分析对话框，设置谱分析类型为PSD，在选项No of modes for solu中输入15，勾选Calculate elem stresses，单击OK。

（2）施加地震激励谱

弹出拾取对话框，拾取立柱底端的10个节点，单击OK，在弹出的对话框中设置Excitation direction选项为Nodal X，单价OK。

（3）设置普载荷步

1）设置PSD。

在弹出对话框中设置Type of response spct为Displacement，单击OK。

2）定义激励频率与位移幅值关系

保持弹出对话框的默认值单击OK，依次输入FREQ1到FREQ9的值为1.5、2.5、3.8、4.9、5.6、5.9、6.3、6.9、7.4；依次输入PSD1到PSD9的值为0.01、0.016、0.029、0.021、0.006、0.02、0.015、0.013、0.003单击OK。

3）计算参与系数

保持弹出对话框的设置，单击OK。

4）设置PSD计算控制

设置弹出对话框中DISP，VELO和ACEL选项都为Absolute，单击OK。

（4）求解

GUI：Main Menu|Solution|Current LS

弹出求解对话框，单击OK。忽略警告，单击Yes。

9.合并模态

（1）设置求解类型为谱分析。

GUI：Main Menu|Solution|Analysis Type|New Analysis

在弹出的对话框中选中Spectrum，单击OK。

（2）模态合并

在弹出的对话框的SIGNIF选项中输入0.002，COMODE选项输入15，单击OK。

（3）求解

GUI：Main Menu|Solution|Current LS

弹出求解对话框，单击OK。忽略警告，单击Yes。

10.后处理

（1）进入时间历程后处理器

GUI：Main Menu|TimeHist PostPro

选择弹出对话框中的Create response power spectral density选项，单击OK。

（2）观察指定节点的位移与频率的关系图

1）单击时间历程变量观察器中的，在弹出的对话框ResultItem选项中选择DOF Solution|Y-Component of displacement，单击OK，弹出拾取线号为15立柱的顶端，单击OK。

2）选择时间历程变量观察器变量列表中的UX_2，然后单击，则可观察到其位移幅值和频率的关系如图13-3所示。

（3）观察PSD响应

1）选择变量列表中的UX_2，单击时间历程变量观察器中的RPSD按钮，在弹出的对话框中的左边下拉选项中选择UX_2，选择Type of response PSD to be calculated选项中的Displacement，选择Calculate response PSD with respect to选项中的Absolute，单击OK。在Calculator下方输入PSD的名字为Dis，单击enter。

2）选择时间历程变量观察器中变量列表中的UX_2，然后单击，则可观察到其位移PSD和频率的关系如图13-4所示。