midas梁单元板单元及实体单元悬臂梁模型的建立及结构分析.pdf

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1、梁单元、板单元及实体单元悬臂梁梁单元、板单元及实体单元悬臂梁北京迈达斯技术有限公司北京迈达斯技术有限公司目目录录简要本例题介绍使用梁单元、板单元、实体单元来建立悬臂梁，并查看各种单元分析结果的方法。模型如图1所示，截面为长方形 x 1m)，长20m。固定端固定端梁单元梁单元长长:20m:20m板单元板单元材料材料:C30:C301m1m实体单元实体单元图1.悬臂梁模型设定操作环境打开新项目(新项目新项目)，保存(保存保存)为Cantilever.mcbCantilever.mcb。文件文件/新项目新项目文件文件/保存保存(悬臂梁悬臂梁)单位体系做如下设置。工具工具/单位体系单位体系长度长度m

2、;m ;力力tonftonf输入材料和截面数据定义材料模型模型/材料和截面特性材料和截面特性/材料材料类型类型 混凝土混凝土;规范规范GB-Civil(RC);GB-Civil(RC);数据库数据库3030定义截面使用User Type，输入实腹长方形截面 1m)。模型模型/材料和截面特性材料和截面特性/截面截面数据库数据库/用户用户名称名称SR ;SR ;截面类型截面类型 实腹长方形截面实腹长方形截面用户用户 ;H()();B(1)(1)定义厚度对于面内厚度和面对于面内厚度和面外厚度的说明请参考外厚度的说明请参考在线帮助手册。在线帮助手册。模型模型/材料和截面特性材料和截面特性/厚度厚度数值

3、数值厚度号厚度号(1);(1);面内和面外面内和面外()()图2.定义材料图3.定义截面图4.定义厚度建立悬臂梁模型输入梁单元使用扩展扩展功能建立梁单元。模型模型/节点节点/建立建立坐标坐标(0,0,0)(0,0,0)标准视图标准视图,自动对齐自动对齐(开开),),单元号单元号(开开)模型模型/单元单元/扩展单元扩展单元全选全选扩展类型扩展类型 节点线单元节点线单元单元属性单元属性 单元类型单元类型 梁梁材料材料1:30 ;1:30 ;截面截面1:SR ;Beta Angle(0)1:SR ;Beta Angle(0)生成形式生成形式 复制和移动复制和移动 ;复制和移动复制和移动 等间距等间距

4、dx,dy,dz(20,0,0);dx,dy,dz(20,0,0);复制次数复制次数(1)(1)图5.输入梁单元选择选择删除删除的话，复的话，复制的梁单元被扩展后制的梁单元被扩展后会自动被删除。选择会自动被删除。选择移动移动的话，该梁单元的话，该梁单元会移动到生成的板单会移动到生成的板单元的末端。元的末端。输入板单元首先将梁单元复制到板单元的输入位置后，通过扩展扩展功能将梁单元扩展成板单元。模型模型/单元单元/复制和移动复制和移动选择最新建立的个体选择最新建立的个体形式形式 复制复制移动和复制移动和复制 等间距等间距 ;dx,dy,dz(0,-2);dx,dy,dz(0,-2)复制次数复制次数

5、(1)(1)模型模型/单元单元/扩展单元扩展单元选择最新建立的个体选择最新建立的个体扩展类型扩展类型 线单元平面单元线单元平面单元目标目标 移动移动(on)(on)单元属性单元属性 单元类型单元类型 板单元板单元材料材料1:30 ;1:30 ;厚度厚度1:1:生成形式生成形式 复制和移动复制和移动复制和移动复制和移动 等间距等间距dx,dy,dz(0,-1,0);dx,dy,dz(0,-1,0);复制次数复制次数(1)(1)图6.利用复制的梁单元建立板单元输入实体单元使用同样的方法，将板单元复制到实体单元的输入位置后，通过扩展扩展功能将板单元扩展成实体单元。模型模型/单元单元/复制和移动复制和

6、移动选择最新建立的个体选择最新建立的个体模型模型 复制复制复制和移动复制和移动 等间距等间距 ;dx,dy,dz(0,0,);dx,dy,dz(0,0,)复制次数复制次数(1)(1)模型模型/单元单元/扩展单元扩展单元选择最近建立的个体选择最近建立的个体扩展类型扩展类型 平面单元实体单元平面单元实体单元目标目标 移动移动(on)(on)单元属性单元属性 单元类型单元类型 实体实体材料材料1:301:30生成类型生成类型 复制和移动复制和移动复制和移动复制和移动 等间距等间距dx,dy,dz(0,0,);dx,dy,dz(0,0,);复制次数复制次数(1)(1)图7.输入实体单元模型修改单元坐标

7、系单元的内力是以相应单元的单元坐标系为准输出的，因此适当地赋予单元坐标系，可使查看结果变得更为方便本例题中使用Change Element ParametersChange Element Parameters功能将所有单元的坐标系修改为统一的单元坐标系。显示显示单元单元 局部坐标轴局部坐标轴(开开)模型模型/单元单元/修改单元参数修改单元参数全选全选参数类型参数类型 修改单元坐标轴修改单元坐标轴模型模型 参考单元参考单元(1)(1)与参考单元对齐坐标轴优先顺序与参考单元对齐坐标轴优先顺序1st(Loc-z);2nd(Loc-y)1st(Loc-z);2nd(Loc-y)修改前修改后图8.修改

8、板单元和实体单元的单元坐标系分割单元板单元和实体单元的大小会影响分析结果的精度。这里将板单元按单元坐标系的x方向分割成20份，将实体单元按单元坐标系的x,y方向分别分割成40份和2份。模型模型/单元单元/分割单元分割单元单选单选(单元单元:3):3)分割分割 单元类型单元类型 平面平面 ;等间距等间距x x方向分割数量方向分割数量(20)(20)y y方向分割数量方向分割数量(1)(1)单选单选(单元单元:5 5)分割分割 单元类型单元类型 实体实体 ;等间距等间距x x方向分割数量方向分割数量(40)(40)y y方向分割数量方向分割数量 (2)(2)z z方向分割数量方向分割数量 (1)(

9、1)显示显示单元单元 局部坐标轴局部坐标轴(off)图9.被分割的板单元和实体单元输入边界条件输入各单元模型的边界条件（固定端）。模型模型/边界条件边界条件/一般支撑一般支撑平面选择平面选择实体单元没有旋转实体单元没有旋转自由度，因此不需约自由度，因此不需约束。但由于是和其他束。但由于是和其他单元一同定义边界条单元一同定义边界条件，因此方便约束所件，因此方便约束所有自由度。有自由度。平面平面YZYZ 平面平面 ;X ;X 坐标坐标(0)(0)选择选择 添加添加支撑条件类型支撑条件类型D-All(D-All(开开),R-All(),R-All(开开)图10.输入悬臂梁的边界条件输入荷载对于梁单元

10、使用ElementElement BeamBeam LoadsLoads功能，对于板单元和实体单元使用Pressure LoadsPressure Loads功能按悬臂梁的重力方向(GCSZ轴)输入1tonf/m的均布荷载。荷载工况1:UL-Beam1:UL-Beam荷载工况2:UL-Plate2:UL-Plate荷载工况3:UL-Solid3:UL-Solid荷载/静力荷载工况名称(UL-Beam)(UL-Beam);类型用户定义的荷载名称(UL-Plate)(UL-Plate);类型用户定义的荷载名称(UL-Solid)(UL-Solid);类型用户定义的荷载图11.定义荷载工况使用Ele

11、ment Beam LoadsElement Beam Loads功能输入梁单元的均布荷载。荷载荷载/梁单元荷载梁单元荷载单选单选(单元单元:1):1)荷载工况名称荷载工况名称UL-BeamUL-Beam荷载类型荷载类型 均布荷载均布荷载方向方向 整体坐标系整体坐标系 Z;Z;投影投影No ;No ;数值数值 相对值相对值x1(0);x2(1);w(-1)x1(0);x2(1);w(-1)图12.梁单元均布荷载使用Pressure LoadsPressure Loads功能输入板单元的均布荷载。荷载荷载/压力荷载压力荷载多边形选择多边形选择(单元单元:所有板单元所有板单元)荷载工况名称荷载工况

12、名称UL-Plate ;UL-Plate ;选择选择 添加添加单元类型单元类型 板平面应力单元（面）板平面应力单元（面）压力面压力面 选择选择 单元单元方向方向 整体坐标系整体坐标系 Z ;Z ;投影投影NoNo荷载荷载 均布均布;P1(-1);P1(-1)图13.输入板单元的均布荷载用鼠标指定实体单用鼠标指定实体单元上端的任意节点，元上端的任意节点，就会自动输入要选择就会自动输入要选择的平面的的平面的Z Z坐标。坐标。选择加载方式时若选择加载方式时若选择单元的话，需指选择单元的话，需指定单元的加载面。在定单元的加载面。在图图4 4左左侧侧的的树树形形菜菜单单中，单元类型选择实中，单元类型选择

13、实体单元后选择要加载体单元后选择要加载的单元的话，单元加的单元的话，单元加载载 面面 就就 会会 按按 虚虚 线线 显显示，若加载面不符，示，若加载面不符，可通过变换压力面可通过变换压力面#来来调整。调整。使用Pressure LoadsPressure Loads功能输入实体单元的均布荷载。实体单元输入压力荷载时对于加载面可选择以节点为准和以单元为准两种方式，这里选择以节点为准选择加载面。荷载荷载/压力荷载压力荷载平面选择平面选择平面平面X-YX-Y 平面平面 ;Z ;Z 坐标坐标荷载工况名称荷载工况名称UL-UL-实体实体 ;选择选择 添加添加单元类型单元类型 实体单元（面）实体单元（面）

14、选择选择 节点节点 ;方向方向 整体坐标系整体坐标系 Z Z荷载荷载 均布均布 ;P1(-1);P1(-1)SelectionSelection的的ElementElement方式方式荷载加载面荷载加载面图14.输入板单元的均布荷载运行结构分析分析分析/运行分析运行分析查看分析结果查看反力利用表格查看由不同单元构成的悬臂梁在均布荷载作用下的反力。结果结果/分析结果表格分析结果表格/反力反力记录激活记录激活荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合UL-UL-梁梁(ST)(ST)(开开);UL-UL-板板(ST)(ST)(开开)UL-UL-实体实体(ST(ST)(开开)图15.激活纪录对话框图16.反力

15、结果表格查看变形和位移标准视图标准视图结果结果/变形变形/变形形状变形形状荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合ST:UL-ST:UL-梁梁位移位移DXYZ;DXYZ;显示类型显示类型 变形前变形前(开开)荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合ST:UL-ST:UL-板板荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合ST:UL-ST:UL-实体实体图17.查看最大位移各单元悬臂梁的最大位移(DZ)如表1所示。单位:m 位移梁单元梁单元板单元板单元实体单元实体单元表1.各单元悬臂梁的最大位移查看内力查看梁单元悬臂梁的弯矩。结果结果/内力内力/梁单元内力图梁单元内力图内力内力MyMy显示选项显示选项55 点点(开开)

16、;);线涂色线涂色(开开););系数系数(1)(1)显示类型显示类型 等值线图等值线图(开开););数值数值(开开)图例图例(开开)输出输出 全部全部图18.梁单元中点的弯矩板单元内力板单元内力/弯矩弯矩提供板单元单位宽度内的内力。如果一个截面由几个单元组成，则对于整个截面的内力可利用局部方向内力的合力局部方向内力的合力功能查看。结果结果/内力内力/板单元内力板单元内力/弯矩弯矩荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合ST:UL-ST:UL-板板坐标系坐标系 单元单元 ;节点平均值节点平均值内力内力MxxMxx显示类型显示类型 等值线图等值线图(开开),),图例图例(开开)图19.查看板单元悬臂梁的

17、弯矩为查看实体单元悬臂梁中点(10m)的弯矩，现只激活该部分以便查看。正面正面 ;初始画面初始画面点击窗口选择窗口选择选择图20的，并将其激活。节点191的相关数据图20.Model View的初始化查询查询/查询节点查询节点节点号节点号(191)(191)窗口选择窗口选择(单元:图20的)激活激活查询节点查询节点,查询单元查询单元是查询节点和单元相关情况时所使用的功能。2)后，再点击模型中的节点或单元的点击节点或单元的输入栏(图20的话，相应节点或单元的情报就会在下面的信息窗口中显示。也可在输入栏直接输入节点或单元的编号再按回车键。使用查询节点查询节点的功能时，连续点击两个节点的话，还提供这

18、两个节点间的相对距离。对于实体单元不另行输出内力，故需使用局部方向内力的合力局部方向内力的合力功能来查看整个截面的内力。下面查看弯矩。结果结果/局部方向内力的合力局部方向内力的合力形式形式 用多边形选择实体表面用多边形选择实体表面;荷载工况荷载工况ST:UL-ST:UL-实体实体输入坐标输入坐标 位置位置(271,191,72,152)(271,191,72,152)图21.实体单元悬臂梁的弯矩在局部方向内力的合力对话框查看弯矩(Mz)。在局部方向内力的合力局部方向内力的合力定义结果输出位置时，节点指定的顺序会决定计算内力时所参照的坐标系。详细内容请参考在线帮助手册。用不同单元建立的悬臂梁弯矩

19、的计算结果如表2所示。单 位:梁单元梁单元板单元板单元实体单元实体单元弯矩表2.各单元的弯矩-50-50-50查看应力对于梁单元可使用梁单元细部分析梁单元细部分析功能查看应力发生的详细情况。工具工具 单位体系单位体系长度长度cm ;cm ;力力kgfkgf全部激活全部激活结果结果/梁单元细部分析梁单元细部分析荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合ST:UL-ST:UL-梁梁单元号单元号(1)(1)截面应力截面应力Normal ;Fx(Normal ;Fx(开开),My(),My(开开),Mz(),Mz(开开)拉应力拉应力压应力压应力图22.查看梁单元应力对于板单元查看整体坐标系X方向上的应力。结果

20、结果/应力应力/平面应力平面应力/板应力板应力荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合ST:UL-ST:UL-板板选择应力坐标系选择应力坐标系 整体坐标系整体坐标系 ;节点的平均值节点的平均值 ;顶面顶面应力应力Sig-XXSig-XX显示类型显示类型 等值线图等值线图(开开););图例图例(开开)选择选择两面两面显示板厚度上的应力分布显示板厚度上的应力分布图23.板单元悬臂梁的应力查看某特定节点的应力时，可使用快速查询快速查询功能便利地查看。查看实体单元悬臂梁整体坐标系X方向上的应力。节点号节点号(off)结果结果/应力应力/实体应力实体应力荷载工况荷载工况/荷载组合荷载组合ST:UL-ST:UL

21、-实体实体选择应力坐标系选择应力坐标系 整体坐标系整体坐标系 ;节点的平均值节点的平均值应力应力Sig-XX ;Sig-XX ;显示类型显示类型 图例图例(开开)图24.实体单元悬臂梁上的应力对实体单元计算的应力成分中，Sig-XX,Sig-YY,Sig-ZZ,Sig-XY,Sig-YZ,Sig-XZ是整体坐标系 各 方 向 上 的 应 力。Sig-P1,Sig-P2,Sig-P3为各主应力，其中Sig-Pmax为最大主应力。另外还提供Tresca应力和有效应力Sig-EFF。(详细内容请参考在线帮助手册)另外，在应力坐标系应力坐标系中选择单元坐标系单元坐标系(图24的)的话，还可查看单元坐标系的主应力矢量。图25.实体单元的主应力矢量在图形中受拉和受压如下图所示以箭头来表示，查看起来非常方便。受拉受拉:受压受压:用不同单元建立的悬臂梁弯曲应力的计算结果如表3所示。单位;梁单元梁单元板单元板单元实体单元实体单元上部下部表3.各单元悬臂梁的弯曲应力-