[分享]midas框架分析

时间: 2020-08-01 22:01 阅读: 次大中小

概述

查看下面框架结构的内力和沉降现象。

材料

弹性模量 : 1.0 kip/ft2

截面

截面面积(Area) : 1.0 ft2

截面惯性矩(Iyy) : 1.0 ft4

荷载

1、给模型的横梁施加1.5 kips/ft 的均布荷载

2、节点2和12施加 (+) X方向的集中荷载 25kips

图 4.1 分析模型

本例题是全构件刚体连接的模型1和单元的中间设置铰接的模型2两个模型。查看有无铰接条件两个框架的内力和变形形状的差异。

图 4.2 分析模型

设定基本环境

打开新文件, 以‘框架.mgb’为名存档。

文件/新文件

文件/ 保存 ( 框架 )

设定单位体系和结构类型。

工具 /单位体系

长度> ft；力> kips

图 4.3 设定单位体系

在分析2维平面的结构的时候，就要约束平面以外的所有自由度。比如X-Z 平面结构,就要约束所有节点的Dy, Rx, Rz 自由度。这种节点约束条件，我们可以把分析范围局限在2维平面上,自动约束平面以外的约束条件。

为了便于X-Z平面结构的建模，把X-Z平面定义为用户坐标系 (UCS) x-y 平面。

模型 / 结构类型

结构类型>X-Z 平面

模型 / 定义用户坐标系 / X-Z 平面

坐标>原点 ( 0, 0, 0 )

旋转角度>角度 ( 0 )

捕捉轴线 ( 关 ),正面 (开 )

图 4.4 设定用户坐标系

在用户坐标系 (UCS) x-y 平面布置 1ft 间隔的点栅格(point grid)。

模型 / 定义轴网/ 定义点格

栅格间距>dx, dy ( 1, 1 )

图 4.5 设定点栅格

定义材料和截面

输入材料和截面。为了便于分析用 ‘用户定义类型’和 ‘数据类型’。

模型 / 特性 / 材料

一般>名称 ( 材料 )；类型>用户定义

用户定义>规范>无

分析数据>弹性模量 ( 1 )

模型/特性/截面

数值

截面号 ( 1 )；名称( 截面 )；截面形状>实腹长方形截面

截面特性值> 面积 ( 1 )；Iyy ( 1 )

图 4.6 定义材料

图 4.7 定义截面

建立节点和单元

用捕捉点栅格建立节点和梁单元 (beam element)。

用鼠标编辑功能依次点击UCS坐标系的坐标 (0, 0, 0) 和 (0, 30, 0) 建立单元1。参照点的坐标值可以在画面下端的状态栏上查看(图 4.8 ）

节点号,

单元号

模型 / 单元 /建立单元

单元类型>一般梁/变截面梁

材料>1 : 材料；截面>1 : 截面

交叉分割>节点 ( 开 )；单元 ( 开 )；节点连接 ( 1, 2 )

图 4.8 建立单元1

用鼠标编辑功能依次指定用户坐标系的坐标 (30, 0, 0), (30, 30, 0)和 (0, 30, 0), (30, 30, 0) 建立单元2和单元3 (图 4.9)。

被捕捉的用户坐标系(UCS)、整体坐标系(GCS)的坐标值显示在画面下端的状态条里。

图 4.9 建立单元 2,3

为了在已建立的单元中央输入铰支点, 用分割单元功能把单元1、2、3等分。只在模型 2中输入铰接条件。

模型 /单元 / 分割单元

点格 ( 关 ), 捕捉点 ( 关 ), 全选

分割>单元类型>线单元；等距离

x方向分割数量>2

图 4.10 分割单元

输入边界条件

完成了结构建模, 给两个柱的下端部输入固定支承条件。

对应的节点以刚体条件约束自由度来反应固定支撑。

模型 / 边界条件 / 一般支承

自动对齐

单选 ( 节点 : 1, 3 )

选择>添加；支承条件类型> Dx, Dz, Ry (开)

图 4.11 输入支承条件

输入荷载

定义荷载工况

为输入均布荷载和节点荷载，首先定义荷载工况。

荷载 / 静力荷载工况

名称 ( 荷载 1 )；类型>用户定义的荷载

名称 ( 荷载 2 )；类型>用户定义的荷载

图 4.12 输入荷载工况

输入静力荷载

给梁单元、节点输入均布荷载、节点荷载(图 4.1)。

荷载 / 梁单元荷载(单元)

单选 (单元 : 3, 6 )

荷载工况名称>荷载 1；选择>添加

荷载类型>均布荷载；方向>整体坐标系 Z

V数值>W ( -1.5 )

荷载 / 节点荷载

单选( 节点 : 2 )

荷载工况名称> 荷载 2；选择>添加

节点荷载>FX ( 25 )

图 4.13 输入荷载

建立模型 2

为了比较全部刚体连接的模型1和使用3个铰接的模型2的分析结果，建立模型2。用复制和移动功能向右复制模型 1来建立模型2。(图 4.14)

模型 /单元 /

复制和移动

全选

形式>复制；移动和复制>等间距

dx, dy, dz ( 40, 0, 0 )；复制次数 ( 1 )

复制节点属性, 复制单元属性(开)

复制节点属性

边界条件>一般支承 (开)

静力荷载>节点荷载 (开)

复制单元属性

静力荷载>梁单元荷载 (开)

图 4.14 建立模型 2

输入内部铰支

给模型 2输入内部铰接。

激活模型 2，输入边界条件 (Beam End Release).

模型 / 边界条件 / 释放梁端约束

选择最新建立的个体，激活

单选 (单元 : 7, 8, 9 )

选择>添加/替换

选择类型释放比率>i-节点>My, Mz ( 关 )

图 4.15 输入铰接点

运行结构分析

完成所有框架结构,边界条件以及荷载,运行结构分析.

全部激活

分析 / 运行分析

查看分析结果

查看变形图

查看重力方向荷载(荷载 1)下结构变形图 (deformed shape)。

模型 2的梁中间的铰接点上发生了与悬臂梁相似的大变形。

结果 / 位移/ 位移形状

荷载工况/荷载组合>ST:荷载1；成分>DXZ

显示类型>变形前 (开)

变形

变形图的比率( 1.5 ) ; 变形的表现方式>实际变形

使用于选择确认时 (关)

图 4.16 重力方向荷载引起的的变形图(deformed shape)

查看横向力(荷载 2)作用下的结构变形图 (deformed shape)。

可以看到模型 2的柱中间铰接点为基准，结构急剧变化的变形形状。交接点上部的横向荷载以剪力传达到交接点下部，上部构件不能约束下部构件的旋转自由度。变形情况如同下部固定、上部自由的柱受横向力的结构的变形。

结果/ 变形/ 变形形状

荷载工况/荷载组合>ST:荷载 2；成分>DXZ

显示类型>变形前(开)

变形

变形图的比率( 1.5 )；变形的表现方式>实际变形

图 4.17 横向荷载产生的变形(deformed shape)

查看内力

查看重力方向荷载 (荷载 1)作用下的结构内力图。

在模型2中重力荷载引起的上部柱上的弯矩为168.75kipsft。铰接点产生的剪力为11.25(=168.75/15)kips。（式中的15为上半柱的长度）

结果 / 内力 / 梁单元内力图

荷载工况/荷载组合> ST:荷载 1；内力>Fz

显示选项>精确解；线涂色；系数 ( 2 )

显示类型>等值线 ( 关 )；变形 ( 关 )

数值

小数点以下位数 ( 2 )

适用于选择确认时 ( 关 )

输出位置>绝对最大(开)

图 4.18 梁单元内力图(shear force diagram)

查看弯矩

查看重力方向荷载作用下产生的弯矩。

由于模型2的柱中间为铰接，柱的弯矩图与悬臂梁相同。

结果 / 内力 / 梁单元内力图

荷载工况/荷载组合>ST:荷载 1；内力>My

显示选择>精确解；线涂色；系数 ( 1 )

显示类型>等值线( 关 )；数值 ( 开 )

输出位置>绝对最大( 开 )

图 4.19 重力方向荷载产生的弯矩图 (bending moment diagram)

查看横向力作用下的弯矩。

结果 / 内力 / 梁单元内力图

荷载工况/荷载组合>ST:荷载 2；内力>My

显示选择>精确解；线涂色；系数 ( 2 )

显示类型>等值线 ( 关 )；数值 ( 开 )

输出位置>绝对最大 ( 开 )

图 4.20 横向力作用下的弯矩图 (bending moment diagram)

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