基于ANSYS的混凝土非线性计算实例—梁平面应力分析

问题描述

一带加强筋的混凝土梁承受纯弯矩作用,假设混凝土裂缝拉伸强度为0,如图1所示

材料属性如下:

Ø混凝土:弹性模量,裂缝拉伸强度,泊松比

Ø钢材:弹性模量,泊松比

几何及载荷属性如下:

Ø,,(加强筋截面积)

Ø

图1 模型示意图

下面分别是利用菜单操作和命令流方式进行有限元分析的方法

一、GUI菜单建模分析过程

第一步,清除内存准备分析

1)清除内存:

GUI:Utility Menu>File>Clear& Start New

2)更换工作文件名:

GUI:Utility Menu>File>Change Jobname,输入A REINFORCED CONCRETE BEAM

3)定义标题:

GUI:Utility Menu>File>Change Title,输入BENDING OF A REINFORCED CONCRETE BEAM Load

第二步,创建有限元模型

1)进入前处理器:

GUI:Main Menu>Preprocessor

2)定义单元类型并设置单元选项:

GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,定义第一类单元为SOLID65,lane42),第二类单元为LINK8,第三类单元为PIPE16;选中type1即SOLID65单元,单击Element Types对话框的Options按钮,弹出对话框,K5项从下拉列表中选择Nodal stress;同样的方法,设置type3即PIPE16单元,在 K7项对应的的下拉列表中选择Calculate matrix

3)定义实常数:

GUI:Main Menu>Solution>Load Step Opts>Other>Real Constants>Add/Edit/Delete,弹出对话框,点击Add按钮,选中type 1即SOLID65单元,点击OK,弹出对话框,接受默认值;同样的步骤,点击type 2即LINK 8单元,在AREA值域输入0.15;最后点击type 3即PIPE 16单元,在OD值域输入1,TKWALL值域输入0.5

4)定义材料:

Ø定义混凝土弹性模量及泊松比GUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>

Material Models,弹出对话框,在右侧窗口中连续双击选择Structural>linear>Elastic>Isotropic,弹出窗口,在值域EX处输入2e6,在值域PRXY处输入0

Ø定义混凝土其他材料属性GUI:连续双击Structural>Nonlinear>Inelastic>Rate Dependent>Non-metal Plasticity>Concrete,弹出对话框,在值域UnCompSt输入-1,其他值域输入0

Ø类似的方法定义第二类材料(钢材)的材料属性,在值域EX处输入30e6,在值域PRXY处输入0.3,单击OK按钮确定。

5)创建节点:

Ø创建节点GUI:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Active CS,弹出对话框,在NODE Node number值域输入1,X,Y,Z Location in active CS值域输入0,0,0,点击Apply按钮创建节点2,坐标为(1.5,0,0)

Ø复制节点GUI:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Nodes>Copy,弹出对话框,点击Pick All按钮,弹出对话框,如在ITIME值域输入5,   DX值域输入0,DY值域输入1.5,DZ值域输入0,INC值域输入2,RATIO值域输入1,点击Apply按钮;同样的步骤复制节点,ITIME值域输入2,DX值域输入0,DY值域输入0,DZ值域输入5,INC值域输入10,RATIO值域输入1

6)创建单元:

GUI:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes,弹对话框,依次拾取点7、8、10、9、17、18、20、19

7)改变单元类型及实常数:

GUI:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Elem Attributes,弹出对话框,[TYPE]项设置为3 PIPE16,[REAL]项设置为3

8)创建单元:

GUI:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes,弹出对话框,依次拾取点10、8,点击Apply按钮,再拾取20、18

9)复制单元:

GUI:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Elements>Auto Numbered,弹出对话框,点击Pick All按钮,弹出对话框,在ITIME值域输入4,NINC值域输入-2

10)改变单元类型、材料类型及实常数:

GUI:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Elem Attributes,弹出对话框,[TYPE]项设置为2 LINK 8,[MAT]设置为2,[REAL]项设置为3

11)创建单元:

GUI:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes,弹出对话框,依次拾取点1、2,点击Apply按钮,再拾取11、12

12)建立约束方程(平截面假设):

GUI:Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Constraint Eqn,弹出对话框,在NEQN值域输入1,NODE1值域输入2,Lab1从下拉列表选择UX,C1值域输入-1,NODE2值域输入6,Lab2从下拉列表选择UX,C1值域输入1,NODE3值域输入6,Lab1从下拉列表选择ROTZ,C1值域输入3,点击Apply按钮。同样的方法再创建其他7个约束方程,详见表1所示

表1 其他7个约束方程

13)选择X坐标为0的节点并施加位移约:

Ø选择节点GUI:Utility Menu>Select>Entities,弹出对话框,在第一个下拉列表选择Nodes,第二个下拉列表选择By Location,复选框选择X coordinates,在Min,Max值域输入0,最下面选择From Full

Ø施加位移约束GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>

Displacement>On Nodes,弹出对话框,点击Pick All,弹出对话框,设置自由度为ALL DOF

14)选择所有节点并施加位移约束:

Ø选择所有节点GUI:Utility Menu>Select>Entities,弹出对话框,在第一个下拉列表选择Nodes,第二个下拉列表选择By Num/Pick,最下面选择From Full

Ø施加位移约束GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>

Displacement>On Nodes,弹出拾取节点的对话框,点击Pick All,弹出对话框,设置自由度为ROTY

15)施加弯矩:

GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>

On Nodes,弹出对话框,依次拾取节点6、16,点击OK,接着弹出对话框,Lab对应的项从下拉列表选择MZ,VALUE值域输入300

第三步,静力学分析

1)进入求解器:

GUI:Main Menu>Solution

2)子步设置:

GUI:Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time and Substps,弹出话框,[NSUBST]值域输入5,[AUTOTS]项设置为ON

3)控制输出项:

GUI:Main Menu>Solution>Load Step Opts>Output Ctrls>Solu Printout,弹出对话框,将FREQ Print frequency项设置为Last substep

4)执行求解:

GUI:Main Menu>Solution>-Solve-Current LS

5)退出求解器:

GUI:Main Menu>Finish

第四步,执行后处理

1)进入后处理器:

GUI:Main Menu>Solution>General Postproc

2)获取1号单元9号节点处X方向的应力:

Ø选择1号单元GUI:Utility Menu>Select>Entities,弹出对话框,在第一个下拉列表选择Elements,第二个下拉列表选择By Num/Pick,最下面选择From Full,点击Ok按钮,弹出对话框,在文本框输入1,如图2所示

图2选择1号单元

Ø获取9号节点X方向的应力GUI:Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data,弹出对话框,左边列表选择Results data,右边列表选择Nodal results,点击OK按钮,接着弹出对话框,在Name文本框输入SCON,Node number N输入9,Results data to be retrieved项左边列表框选择Stress,右边列表框选择X-direction SX

3)提取13号单元轴向最大应力:

Ø选择13号单元GUI:Utility Menu>Select>Entities,弹出对话框,在第一个下拉列表选择Elements,第二个下拉列表选择By Num/Pick,最下面选择From Full,点击Ok按钮,弹出Select elements的对话框,在文本框输入13

Ø建立单元表GUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table,弹出对话框,点击Add按钮,接着弹出对话框,在Lab文本框输入ST,Item,Comp Results data item对应项左边列表选择By sequence num,右边列表框选择LS,并在右下角文本框输入LS,1

Ø对单元进行排序GUI:Main Menu>General Postproc>List Results>Sorted Listing>Sort Elems,弹出对话框,点击OK按钮确定

Ø获取13号单元的最大轴向应力GUI:Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data,弹出对话框,左边列表选择Results data,右边列表选择Elem table data,点击OK按钮,接着弹出对话框,在Name of parameter to be defined文本框输入STL,Element number N输入13,Elem table data to be retrieved项从下拉列表框选择ST

4)显示结果GUI:Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters,弹出对话框,,提取结果,如图3所示

图3显示结果

二、命令流如下

/clear,start

/filname, A REINFORCED CONCRETE BEAM

/title, BENDING OF A REINFORCED CONCRETE BEAM

/prep7

et,1,solid65,,,,,2

et,2,link8

et,3,pipe16,,,,,,,1

r,1

r,2,.15

r,3,1,.5

mp,ex,1,2e6

mp,nuxy,1,0

tb,concr,1

tbdata,3,0.0,-1

mp,ex,2,30e6

mp,nuxy,2,0.3

n,1

n,2,1.5

ngen,5,2,1,2,1,,1.5

ngen,2,10,1,10,1,,,5

e,7,8,10,9,17,18,20,19

type,3

real,3

e,10,8

e,20,18

egen,4,-2,1,3

type,2

mat,2

real,2

e,1,2

e,11,12

ce,1,, 2,ux,-1, 6,ux,1, 6,rotz,3

ce,2,,12,ux,-1,16,ux,1,16,rotz,3

ce,3,, 4,ux,-1, 6,ux,1, 6,rotz,1.5

ce,4,,14,ux,-1,16,ux,1,16,rotz,1.5

ce,5,, 8,ux,-1, 6,ux,1, 6,rotz,-1.5

ce,6,,18,ux,-1,16,ux,1,16,rotz,-1.5

ce,7,,10,ux,-1, 6,ux,1, 6,rotz,-3

ce,8,,20,ux,-1,16,ux,1,16,rotz,-3

nsel,s,loc,x

d,all,all

nsel,all

d,all,roty

f,6,mz,300,,16,10

fini

/solu

autots,on

nsubst,5

outpr,,last

solve

/post1

esel,s,elem,,1,1

*get,scon,node,9,s,x

esel,s,elem,,13,13

etable,st,ls,1

esort,st

*get,slt,sort,,max

*status,parm

点“在看”给我一朵小黄花

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