猴子出身
范文一：隧道工程ansys应用实例
0S 28
项
目
内
容
围护桩
C30、 C25梁冠 C30、 C25
抗拔桩及压顶梁 C30桩间喷锚 C20
桩截面 /mm覫 800梁截面 /mm900×1200、 900×800
标准段 扩大段
桩锚 内支撑
结构类型
抗震等级 (设防烈度 ) 混凝土
普通钢筋 接头形式
HPB235钢筋 、 HRB335钢筋 、
Q235型钢
机械连接 、 绑扎搭接
钢筋
8
表 2
车站的主体围护结构表
项
目
内
容
结构类型
地下双层三跨岛式钢筋混凝土整体框架结构
抗震等级 (设防烈度 ) 8
钢筋
普通钢筋 Ⅰ 、 Ⅱ 级
接头形式 直螺纹机械连接 、 绑扎搭接
混凝土 基础底板
C40, S10柱
C50
墙 C40, S10梁 C40S10、 C40
顶板 C40, S10中板 C40混凝土垫层 C15楼梯 C30
混凝土内衬墙 C40, S10
底板厚度 /mm800柱截面 /mm700×700墙体厚度 /mm600、 700顶板厚度 /mm700
抗渗等级
外墙 、 基础底板 、 顶板均为 S10
表 1车站主体结构表
1工程概况
次渠南站是北京市轨道交通亦庄线工程从高架转
入地下的第 1站 , 位于通州区台湖镇次渠村 。 该站是标准 的地下双柱三跨岛式车站 , 总长 208.85m , 其中有效站台 宽 11m , 长 120m , 车站外包总宽 (标准段 ) 19.7m , 总高 (中心线位置 ) 13.2m 。 该车站采用明挖法施工 , 基坑围护 结构则采用护坡桩加锚索形式 , 最大基坑深度 17.6m 。
该站共设 4个出入口 、 2个风道 、 1个应急疏散通 道 , 其中 4个出入口分别出地面于十字路口的 4个象 限 , 均预留了与远期地下商业衔接的条件 。
1. 1主体结构
该站主体结构见表 1。 1. 2主体围护结构
该车站的主体围护结构见表 2。 1. 3
水文地质情况
车站基坑深 16.0~17.6m , 地层按成因年代分为人
工填土层 、 新近沉积层和第四纪冲洪积层 3大层 , 按地 层岩性又可进一步分为 8个大层 。 车站结构主要位于 细中砂层和粉质黏土层 , 基坑底则主要为粉质黏土层 。 地层中有约 10m 厚的砂层 , 这是基坑开挖施工中的困 难所在 。
该站所在地区地下水有层间滞水 、 潜水和承压水 , 其中底部承压水 , 含水层岩性为中粗砂层 , 含水层厚
2.20~4.90m , 水头高度 5.60m 。 在实际施工过程中 , 这
一层的承压水给施工造成了很大的困难 。
轨道交通地下明挖车站施工组织
杨
柯
(北京城建国际工程有限公司 , 北京
100012)
摘 要 :以北京市轨道交通亦庄线工程次渠南站为例 , 通过研究明挖车站基坑桩锚结构 、 关键工序施工缝防水 、 主体结构
无流水 、 轨顶混凝土风道 、 站台板二次结构及附属结构同步施工等主要问题 , 阐述了标准地下明挖车站的施工组织过程 , 对今后同类型轨道交通地下车站的施工提供了借鉴经验 。 关键词 :轨道交通 ; 地下明挖车站 ; 施工组织 中图分类号 :TU 721
文献标志码 :B
文章编号 :1009-7767(2010) S2-0242-03
Construction Organization for Subway Station by Open-Cut Method
Yang Ke
施工技术篇
Construction Technique
2施工组织
2. 1总体部署
该工程在施工组织上总体分为 4个阶段 , 其中施 工高峰期时施工人员为 400人 。
1) 第 1阶段是施工准备阶段 ;
2) 第 2阶段是基坑围护结构施工阶段 , 具体施工 内容包括基坑降水 、 钻孔灌注桩和土方开挖及围护结 构施工等 ;
3) 第 3阶段是主体结构施工阶段 , 具体包括抗拔 桩 、 底板及防水工程 、 站台层墙体和中板 、 站厅层墙体 和顶板 、 附属设施 、 顶板防水及回填土工程等 ;
4) 第 4阶段是结构验收及装修配合阶段 , 其总体 施工流程为 :车站围护结构 → 分层开挖土方 → 验槽 → 站台层垫层 → 站台层底板 、 侧墙 → 拆锚索钢腰梁 → 站 台层结构 → 中板 → 拆锚索 → 站厅层结构 → 顶板 → 主 体结构回填 → 附属围护结构 → 附属土方开挖 → 附属 结构底板及防水施工 → 附属结构施工 → 侧墙及顶板 防水施工 → 附属肥槽回填 。
2. 2施工内容
2. 2. 1深基坑
深基坑的施工是该工程施工的重点 , 其中锚索试 验起着重要作用 。
1) 围护桩
根据地质条件及现场的实际情况 , 钻孔灌注桩采 用长螺旋钻机成孔 、 超流态混凝土灌注 、 后插钢筋笼 的施工工艺 。
该施工工艺流程为 :放桩位线 → 钻机就位 → 对准 桩位 → 调整垂直度 → 钻孔至设计深度 → 中心压灌混 凝土 , 同时提钻 → 吊入钢筋笼 → 钢筋笼插入混凝土内 → 振捣成桩 → 帽梁施工 → 桩间土护壁 。
其关键工序为 :① 成孔过程中应保证垂直度 ; ② 混 凝土施工要采用坍落度 20~24cm 的细石混凝土 ; ③ 钢 筋笼在运输 、 吊放过程中严禁高起高落 , 以防弯曲变 形 ; ④ 钢笼入孔时 , 应对准孔位徐徐轻放 , 以保证其垂 直度 ; ⑤ 施工过程中应保证混凝土供应的连续性 , 并在 混凝土初凝前完成施工 。
2) 预应力锚索
根据地质情况 , 为了防止锚杆施工时砂层部位塌 孔 , 锚杆应采用套管钻机成孔 。
护坡桩施工完毕后 , 当桩也施工完毕且开挖至锚 杆设计标高以下 0.2m 时 , 锚杆开始进行施工 。 其工艺 流程为 :确定孔位 → 钻孔就位 → 调整角度 → 钻孔 → 清 孔 → 安 装 锚 索 → 1次 注 浆 → 2次 补 浆 → 施 工 锚 索 腰 梁 → 张拉 → 锚头锁定 → 割除锚头多余钢铰线 , 对锚头 进行保护 。
在锚索施工前 , 现场做了 2组同地质条件的锚索 试验 , 分别对应第 1、 2道锚索位置 。 通过试验 , 勘察方 修正了地勘报告 , 设计方也对锚索方案进行了优化 。 2. 2. 2地下防水
地下防水是质量控制的关键 , 而施工缝的防水处 理则是其重点 。
1) 该工程地下水位比较高 , 地下结构断面变化大 , 接口多 , 所以施工中要作好特殊部位的防水处理 , 严格 防水结构施工工艺 , 保证抗渗混凝土的防水效果 , 从而 确保整个工程的质量 ;
2) 地下结构防水层设计采用混凝土自防水与外包 全封闭柔性防水层相结合的方案 , 以确保其防水效果 , 其中某些特殊部位 , 如施工缝 、 伸缩缝处的防水处理 尤为重要 。 从止水胶 、 止水带的材料复试到施工隐检 都应作为质量过程控制的重点 。
2. 2. 3地下外墙模板
地下外墙模板采用全钢大模板及定 型三角架单 侧支模体系 。 其主体结构外墙的外模采用围护体系 , 而内模板则采用定型单侧三角架 (支撑 ) 体系 。 模板面 板采用 6mm 厚全钢大模板 , 竖楞 、 背楞采用槽钢加工 。 支架之间的距离为 800mm 。 因墙体有倒角 , 单侧支架 支放有一定的困难 , 所以在支架后座处放置 1个混凝 土墩或砖礅 , 使支架后座坐落在混凝土墩上 。 混凝土 墩为可移动的 。 支架中部用施工常用的 覫 48钢管架起 , 前面则用方木垫起 。
安装墙体模板时 , 模板下口与预先弹好的墙边线 对齐 , 然后安装钢管背楞 , 并临时用钢管将墙体模板 撑住 。
因层高较高 , 单侧支架需由标准节和加高节组装 而成 , 这就需要预先在材料堆放场地先装拼好 , 然后 再由塔吊整体吊运至现场 。
2. 2. 4轨顶混凝土风道
先进行轨顶混凝土风道施工比后进 行更易保证 整个工程质量 。
在施工中 , 轨顶混凝土风道的施工通常面临时机 的选择 , 它既可以按部就班地在做完风道底板 、 侧墙 后 , 再做中板 ; 也可以直接做中板 , 将风道结构钢筋预 留 , 然后再 2次施工风道 。 前者易保证浇筑质量 , 但会 拖延主体结构施工工期 ; 后者利于结构抢工 , 但 2次 Construction Technique 施工技术篇 243
) (第 28
0S 28
浇筑风道混凝土不易保证成品质量 。 轨顶混凝土风道 剖面见图 2。 在该工程的施工中 , 经过方案对比 , 且 从地铁工 程质量百年大计出发 , 决定采用先施工轨顶风道后施 工中板的施工工序 。
2. 2. 5站台板
站台板施工中要保证标高 , 且位置要准确 。 1) 轨道及标高放线
轨道及标高要严格控制限界 , 放线后要严加保护 , 且每条线需复测 3个点 。 施工中要特别注意站台板板 面坡度要求 。 站台板施工前 , 还必须对轨道中心线及轨 顶标高进行 3级测量复核 , 只有复核合格后 , 才能进行 施工 , 以保证站台板的施工不侵界 。
2) 站台板下后加的构造柱采用植筋 。 受拉钢筋绑 扎搭接长度应取同级别钢筋受拉锚固长度的 1.4倍并 不得小于 300mm , 受压钢筋的绑扎搭接长度可取受拉 搭接长度的 0.7倍并不得小于 200mm , 绑扎搭接接头 面积率不得大于 50%。
3) 站台板混凝土施工采用地泵运输 。 混凝土配置
应采用双掺技术 (掺高效减水剂加优质粉煤灰或磨细 矿渣 、 硅粉等 ), 掺量应经试验确定 。
2. 2. 6
附属结构 附属结构应尽量同步施工 , 其结构准确是精装修
的前提 。
1) 车站附属结构包括 4个出口 (含 3个预留口 )、
2组风亭及 1个安全疏散通道 , 其中 1、 3号出入口设无 障碍电梯 , 分别位于西南和东北象限 。 出入口宽 7.05m ,
最大埋深 11.80m 。 附属结构所在位置现状为农田 , 周 围无构筑物和地下管线 , 外界环境对施工有利 。 车站 附属结构均采用明挖法施工 , 基坑放坡开挖 , 以土钉 网喷支护 。
2) 附属结构施工应加强质量控制和管理 , 特别是出
入口与车站主体之间坡度关系要准确 , 步行梯和扶梯位 置 、 标高 、 预埋件等要精确 , 以避免给精装修造成问题 。
3) 附属结构应尽量与主体结构同步进行施工 。 该 工程因各种因素 , 造成出入口等附属结构 2次开挖 、 2次施工 , 不仅需要破除主体围护护坡桩 , 而且附属与
主体两者间的伸缩缝及止水带施工困难 , 易造成质量 隐患 。
3施工经验总结
该工程是标准的地下明挖车站施工 , 其主体 208m
长车站结构从底板垫层开始 , 共用 59天完成顶板混凝 土浇筑 , 这主要得益于整体施工组织的科学合理 。
该工程的主要施工经验有 :
1) 要依据锚索试验确定围护结构预应力锚索施工
参数 , 从而保证深基坑的安全 , 也保证锚索施工能顺 利进行 , 因此锚索试验十分重要 ;
2) 要确保地下结构防水效果 , 就要特别重视特殊
部位 , 如施工缝 、 伸缩缝处的防水处理 ;
3) 车站外墙厚 , 模板应采用全钢大模板单侧支模 ,
因此施工中必须保证三角支撑架的刚度和稳定性 ;
4) 先进行轨顶混凝土风道施工比后进行施工更易
保证质量 ;
5) 站台板施工前 , 必须对轨道中心线及轨顶标高 进行 3级测量复核 , 只有复核合格后 , 才能进行施工 ,
以保证站台板施工不侵界 ;
6) 附属结构应尽量与主体结构同步进行施工 。
收稿日期 :2010-06-01
作者简介 :杨柯 (1974-), 男 , 山西大同人 , 工程师 , 学士 , 主要从事建
筑施工技术工作 。
图 2轨顶混凝土风道剖面图
科学出版社试水新市场
全面推行数字出版
近日 , 科学出版社宣布开始通过数字渠道销售内容 , 将在 2010年 8月推出 18个主题类别的离线浏览数字阅读产品 。 而对于在 线类阅读产品 , 科学出版社则计划推出 5大学科的 8000余本书籍 。
科学出版社与方正阿帕比签署了数字出版战略合作协议 , 希望通过该协议能够解决出版社内容 、 版权 、 运营三大难题 。 方正集团掌 握的技术 , 可以应用于电子阅读器 、 平板电脑和智能手机等新媒体 , 双方将合作打造离线产品 “ 科学 e 书房 ” 和在线产品 “ 科学文库 ”。
据悉 , 这些产品将通过方正阿帕比的数字平台进行销售 , 并通过方正的数字技术实现出版社数字化的内容加工 。 (杨志刚 )
施工技术篇
Construction Technique
范文二：ansys实例应用实验报告
结构线性静力分析
一、问题描述
分析如下图所示具有圆孔的矩形板在拉伸状态下的应力分布。 1.0 m×2.0 m的矩形板, 厚度为 0.03 m,中心圆孔直径为 0.25 m,弹性模量为 207GPa ,泊松比 0.3,端部受拉伸载 荷 600 N
。
二、有限元分析步骤
1) 选用 solid45单元。
2) 定义材料系数。弹性模量为 207e9Pa ,泊松比为 0.3。
3) 建立模型。 Modeling>create>volumes>block>by dimensions。 X1,x2;y1,y2;z1,z2分
别取 -1,1; -0.5,0.5; 0,0.03,得到矩形板。创建圆柱体:
Modeling>create>volumes>cylinder>by dimensions,半径为 0.125m ,深度为 0.03m 。 进行布尔操作:Modeling>operate>booleans>subtruct>volumes,选择矩形板,点击 apply ,选择圆柱体,点击 ok 。
4) 划分网格。选择 Utility Menu>WorkPlane>Display Working Plane,然后选择
Utility>WorkPlane>Offset WP by Increments,在 Offset WP对话框的 Degrees 框中 输入:0,-90,0然后点击 OK 确定。 Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu by WrkPlane ,选择 Pick All,图形窗口中将显示模型被工作平面一分为二。类似地,通 过移动工作平面的位置,最后将几何模型剖分。选择 Modeling>Operate>Booleans> Glue>Volumes,在对话框中选择 Pick All,将剖分开的各部分模型粘接在一起。选择 Size control>Lines>set,将圆孔周边的线段和中线小正方型的线段都设定为 10段, 厚度方向的线段设定为 6段, 然后选择 Mesh 处下拉菜单为 volume , shape 设定为 sweep , 点击 sweep ,然后点击 select all,然后点击 OK 确定。
5) 施加载荷与边界条件。选择 Solution>Define Loads>Apply>Displacement>On Areas,
选择图形窗口最左端的面,约束这些面上所有节点 UX 方向的自由度。然后选择 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Pressure>On Ares,选择图形窗口最右端的所有 面,输入压力为 600,点击 OK 确定。 6) 求解及后处理。
矩形板应力云图
三、学习心得体会
工作平面和要分割的面垂直, 所以要旋转工作平面 (沿 Z 方向切绕 X 轴转; 沿 X 轴方向 切绕 Y 轴转;沿 Y 轴方向切绕 Z 轴转 ) 。要移动工作平面和你要切的面的位置相交,并且交 线不能是面的边线。
线性屈曲分析实验报告
一、问题描述
如下图所示一端固支,一端自由的柱型壳体,半径为 200 mm,长度 L=800 mm,弹 性模量 E=200 GPa,壁厚 10 mm,
受轴向载荷,求其失稳临界载荷大小。
二、有限元分析步骤
1) 单元选择。选择 shell63单元作为分析单元。
2) 定义实常数。壳单元是均匀厚度,故定义节点 I 厚度为 10mm 。 3) 定义材料系数。弹性模量 200e9Pa 。
4)
建立模型。 Modeling>create>key point>in active cs定义关键点位置为(0,0,0) 、 (0,0,0.8) 、 (0.2,0,0) 、 (0.2,0,0.8) , modeling>create>lines>lines>straight line , 选择 3、 4两关键点,生成直线。 Modeling>operate>extrude>lines>about axis,选择 刚创建的直线,点击 apply ,再选择 1、 2两个关键点,点击 ok 。生成扫略曲面。 5) 网格划分。选择 mesh tool ,设置圆周和高度网格尺寸为 0.01m 。选用四边形扫略网格。 6) 选择分析类型为 static ,在 [SSTIF][PSTRES]中选定 Prestress ON,单击 OK 。
7) 施加载荷。 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Strucutral> Displacement>On
Lines ,出现 Apply U, ROT on Lines对话框,在图形窗口中选择 Z=0的所有圆周上的 四条弧线, 单击 OK , 在对话框中选择 ALL DOF , 单击 OK 。 执行 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural> Force/Moment>On Nodes,选择 Z=0.8的所有节点(共 40个) ,在 Apply F/M on Nodes对话框中,选择 Direction of force/mom为 FZ , VALUE 设定为 -500,点击 OK 。 8) 求解。
9) 选择分析类型并设置屈曲分析选项。分析类型为 Eigen Buckling。 Main
Menu>Solution>Analysis Options, 设定提取模态数输入 4,单击 Ok 。
10) 模态扩展选项:Main Menu>Solution>Load Step Opts>ExpansionPass> Single
Expand>Expand Modes,在 NMODE 中输入 4,单击 OK 。
11) 开始特征值屈曲分析:Main Menu>Solution>Solve-Current LS,单击 Ok 开始求解。 12) 结果后处理。屈曲载荷系数为:
1 418.18 2 418.18 3 458.20
4 458.20 故屈曲临界载荷为 418.18×500=209.1kN。 一阶屈曲位移矢量图:
二阶屈曲位移矢量图:
三阶屈曲位移矢量图:
四阶屈曲位移矢量图:
三、学习心得及问题
屈曲分析前必须先进行静力分析。 并考虑预应力。 但不明白为什么壳单元边缘线载 荷用 pressure on line方式加载结果错误,而用 force 加载到节点上则是正确的。
接触分析实验报告
一、问题描述
经典的赫兹接触问题:衬底材料的弹性模量为 60GPa ,泊松比为 0.3,尺寸 如下图所示;刚性压头的半径为 1 mm ,压入载荷 20KN 。材料之间的摩擦系数 为 0.15
。
二、有限元分析步骤
1) 定义单元类型。 选择 Solid 下的 4node 182单元、 Contact 下的 2D target 169和 2 nd surf171单元作为分析单元。
2) 定义实常数。选择 Type 3 CONTA171,设定参数 FKN 为 1, FTOLN 为 0.1, PMAX 为 0.1, PMIN 为 0.01,然后退出 Real Constants对话框。
3) 定义材料模型:设置 EX=60e9, PRXY=0.3,摩擦系数 MU=0.15。
4) 建立几何模型:选择 Main Menu>Preprocessor> Modeling>Create>Keypoints>In Active CS ,依次分别建立坐标为 (0,0,0)、 (Contact,0,0)和 (Length,0,0)的三个关键点。选择 Main Menu>Preprocessor> Modeling>Copy>Keypoints, 弹出 Copy Keypoints对话框, 选定 pick all 。设定 DY=thick,单击 OK 退出。选择 Main Menu>Preprocessor>Modeling>
Create>Areas> Arbitrary>Through Keypoints,依次单击 1,2,5,4关键点,点击 Apply ,然 后单击 2,3,6,5, 单击 OK 完成面的建立。 选择 Utility Menu>WorkPlane> Offset WP to>XYZ Locations +,在 Global Cartesian栏输入 0, thick+radius,单击 OK 。选择 Utility
Menu>WorkPlane>Local Coordiante Systems>Create Local CS>At WP Origin...,弹出 Create Local CS at WP Origin对话框,在 KCS 栏中输入 Cylindrical 1,单击 OK 退出。 选择 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create >Keypoints>In Active CS, 依次建立编号 为 20-23的四个关键点, 其坐标分别为 (radius,180,0)、 (radius,-90,0)、 (radius,0,0)和 (0,0,0)。 选择 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>In Active Coord,分别将关键点 20,21以及 21,22连成线。
5) 划分网格。 Preprocessor>Meshing>Default Attribs, 选择 1 PLANE182单元,实常数编号 为 1, 设定网格尺寸为 0.1, 然后选择 Main Menu>Preprocessor>Mesh>Areas>3 or 4 sided对面进行网格划分。 选择 Main Menu> Preprocessor>Modeling>Reflect>Areas, 单击 Pick All ,单击 OK ,退出 Reflect Areas对话框。选择 Y 坐标为 thick 的 Nodes ,选择 Main Menu>Preprocessor> Modeling>Create> Elements>Elem Attributes,选择 3 CONTA171, 实常数编号为 2,点击 OK 。选择 Main Menu>
Proprecessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Conatct>Inf Acoustic, 单击 OK 退出。 6) 选择 Main Menu> Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items,在 Label 栏中选择 All , 单击 OK 退出。选择 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Default Attribs, 选择 2
TARGE169单元,实常数编号为 2,选择两条弧线段。选择 Main Menu>Preprocessor> Meshing>Mesh>Lines,选择刚才的两条弧线段。选择 Preprocessor>Meshing>Mesh>
Keypoints ,选择关键点 23,单击 OK 退出。
7) 选择所有项目。
8) 设置边界条件。 约束 Y 坐标为 0的节点的 UY 自由度, 并固定坐标为 (0,0)处节点的 UX 自由度。 在关键点 23处的节点施加 FY 方向的集中力 -20000N , 退出 Apply F/M on Nodes对话框。
9) 求解。 选择分析类型为 Static 。 选择 Main Menu> Solution>Analysis Type>Sol’ n Controls, 在 Analysis Options栏中选择 Large Displacement Static,在 Automatic time stepping栏中 选择 On ,在 Number of substeps栏中输入 20,在 Max no. of substeps栏中输入 500,在 Min no. of substeps栏中输入 10, 单击 OK 退出。 选择 Main Menu> Solution>Solve>Current LS ,单击 OK ,进行本载荷步的求解。
10)
求解及后处理。所求接触分析应力分布图如下所示:
结构动力分析实验报告
一、问题定义
考虑如下图所示两自由度弹簧 -质量系统,质量分别为 m 1和 m 2,弹簧刚度分别为 k 1和 k 2, (a) 确定其固有频率和模态; (b) 在质量 1处受下图所示脉冲载荷 F(t)作用, 试确定系统的动 态位移响应历程。其中 110/k N m =, 216/k N m =, 14m kg =, 26m kg =, 2.0d t s =。
二、有限元分析步骤
1) 单元选择。选择 combine14和 Mass21单元。
2) 定义实常数。 Element type>add/edit/delete定义 combine14单元实常数号分别为 1、 2,
设置其弹簧刚度值分别为 10、 16;定义单元 mass21实常数号分别为 3、 4质量值分别 为 4、 6。
3) 建立模型。 Modeling>create>nodes>in active cs,按坐标(0,2,0) 、 (0,1,0) 、 (0,0,0)创建
节点。 Modeling>create>element>auto numbered>thru nodes, 设置单元属性为 combine14, 实常数号为 1,选择节点 3、 2生成单元 1,同样设置实常数为 2,选择节点 1、 2生成 单元 2。 设置单元属性为 mass21, 实常数 3, 选择节点 3生成质量单元;设置实常数 4, 选择节点 2,生成质量单元。
4) 选择分析类型。 Solution>ansys type>new analysis>modal 5) 选择模态分析方法为子降阶法,输出 2阶模态。
6) 设置主自由度。 Solution>master dofs>user selected>define,选取节点 2、 3,在 lab1中选
择 UY 。
7) 施加约束及载荷。 Solution>define loads>apply>structure>displacement>on nodes,选节点 1,
设置自由度为 all dof。
8) 输出控制。 Solution>load step opts>output ctrls>solu printout,设置 PREQ Print frequency
为 every substep。
9) 求解。两阶固有频率分别为 0.17282 、 0.37845。
一阶模态振型图为:
二阶振型图为:
10) 设置分析类型为 transient ,采用缩减法分析。 11) 施加力 f ,设其值为 5,沿 y 轴负向。 12) 定义时间步长。 Time/Frequenc>Time-Time step设置载荷结束时间为 2s , 时间步长 0.01s ,
加载方式 stepped 。 13) 求解。
14) 结果后处理。 在时间历程处理器中, 设置变量 uy2、 uy3分别为节点 2、 3的 y 方向位移。
其随时间变化图如下所示:
节点 2
位移随时间变化图
节点 3位移随时间变化图
结构优化设计实验报告
一、问题定义
一个两端固定的矩形断面钢梁,其弹性模量 E = 200 Gpa ,梁的宽度 b=100 mm ,梁的厚度需要优化设计,设计的目标是使梁的重量最轻。梁的上表面必须 维持水平, 但是梁厚度是可以沿着长度变化的 (即梁底的曲线是可以变化的 ) , 但 是梁厚度不得低于 100 mm也不得超过 800 mm。负载方面考虑一集中载重 F(梁 中点 ) 、均布力 p 和自重。另一限制条件是弯曲应力不能够超过 100MPa 。如下
图所示:
二、有限元分析步骤
1) 在 parameter 中建立标量参数,并令 H1=1, H2=1, H3=1, P=15000, F=100000。
2) 选择 Plane 42单元,单元选项 k3选择 plane strs w/thk。
3) 定义实常数。实常数面厚度值设为 0.1。
4) 材料属性设置。材料弹性模量为 200e9 Pa,泊松比 0.3,密度 7.8e3kg/m3。
5) 建立模型。 Modeling>create>keypoint>in active cs ,按坐标依次建立关键点(-3,0,0) 、 (0,0,0) 、 (3,0,0) 、 (-3,-h1,0) 、 (-1.5,-h2,0) 、 (0,-h3,0) 、 (1.5,-h2,0) 、 (3,-h1,0) , Modeling>create>lines>lines>straight line,依次连接关键点 1、 2; 2、 3; 1、 4; 3、 8; 4、 1; 6、 2。 Modeling>create>lines>splines>spline thru KPs,连接 4、 5、 6和 6、 7、 8,创 建两条 B 样条曲线。 Modeling>create>areas>arbitrary>by lines,依次连接直线 1、 5、 6、 4,生成面 1;连接直线 2、 3、 7、 5生成面 2。
6) 网格划分。采用 2级智能四边形自由网格划分。
7) 施加边界条件及载荷。在 x=-3和 x=3处节点上施加位移约束,选择 all DOF ,在 y=0直线上节点施加约束为 UY ,并在(0,0,0)位置处的节点上施加集中力 -F ,在直线 y=0施加分布载荷 P 。 选择 inertia 选项, 点击 Gravity>Global, 定义 Y 方向重力加速度为 -9.8。 8) 分析类型为 static
,点击 solve 求解。
静力分析位移矢量图
9)
获得应力参数。 求解完毕后,依次打开 general postproc>list result>sorted listing>sort nodes, 在 strss 选项中,选择 von Mises。然后在 get scalar data 中点击 resualt data,选择 other operations,从排序操作中提取最大值和最小值,并命名为 SMAX 、 SMIN 。
10) 定义单元表。点击 define table 后,在弹出来的对话框中点击 add ,选择 Geometry 和单 元体积选项。点击 sum of each item求单元体积和。
11) 获取体积标量参数。在 parameter 选项中选择 result data 中的 elem table sums 。用参数 VTOTAL 表示单元总体积。 定义好参数后, 选择 file>write DB log file,保存命令流文件。 12)
在设计优化模块中,指定保存的命令流文件为要优化的文件。指定设计变量为 h1、 h2、 h3, 最大和最小值分别为 0.8、 0.1。 状态变量为 SMAX 和 SMIN , 最大和最小值为 100MPa 和 -100MPa 。目标函数为 VTOTAL 。
13) 选择优化工具,初始优化选择 sub problem ,其他默认。点击 run 进行初始优化。重新 选择优化工具,选择 first order, run 执行重复优化。
14)
点击 Design sets,在 Graphs/Tables中设置 x 坐标为优化次数, y 坐标为体积。得到体积
随优化次数变化图,如下所示:
体积——优化次数变化图
体积—梁两端面高度 h1变化图
体积—梁 1/4截面高度 h2变化图
体积—梁中心截面高度 h3变化图
优化后钢梁模型
复合材料结构分析
一、问题定义
如下图正方形四边简支正交铺设层合板,受均布载荷 p0
作用。
其材料参数如下表所示:
试确定板中心处挠度和各层面内应力。
二、有限元分析步骤
1) 由于复合材料宽厚比为 100,故用 shell 99线性单元。在单元 option 选项中将 K8设置
为 all layers,以存储所有层数据。 2) 定义实常数。设定层数 NL 为 4层, LP1设置为 1, LP2设置为 4
。并设置各层铺层角
度及厚度,如下所示:
3) 设置材料参数, 所给材料为线性各项异性材料。
材料参数如右图所示: 4) 创建模型。在
modeling>create>area>rectangle>by dimension, 在 X1, X2, Y1, Y2分别输入 -5,5, -5,5,创建 正方形平面。 5) 网格划分。用 mesh tool设置各边线单元数为
50。用四边形网格,映射划分。 6) 加载约束及载荷。选择上下两条边线上除端点
外的节点,施加位移约束为 uz=0, ux=0;选择 左右两边除端点外的节点,施加位移约束为 uy=0, uz=0;选择四周节点,施加位移约束为 all dof;施加面载荷,载荷密度 1N/㎡。 7) 求解并查看结果。
中心节点最大挠度值为 0.06846m
。位移图如下所示:
第一层铺层综合应力云图为:
第二层铺层的综合应力云图为:
第三层铺层的综合应力云图为:
第四层综合应力云图为:
热 -结构耦合分析 (热应力 )
一、问题定义
考虑如上图所示两金属材料叠层板 (长 10cm ,宽 10cm ,高 2cm ,其中每层 各厚 1cm) ,上表面温度为 500C ,下表面温度为 20C ,试确认该叠层板的变形和 热应力分布。其中 k 为热传导系数, E 为弹性模量, 为热膨胀系数, v 为泊松 比。试进行热——结构耦合分析。 二、有限元分析步骤
1) 选择 solid70单元作为热分析单元。
2) 定义两种材料参数,具体数值如上图所示。
3) 建立模型。 Modeling>create>volumes>block>by dimensions.在
x1,x2;y1,y2;z1,z2值分别为 -0.05,0.05; -0.05,0.05; 0,0.01;点击 apply ,在弹 出的对话框中 x1,x2;y1,y2;z1,z2赋值 -0.05,0.05; -0.05,0.05; 0.01, 0.02。建 立模型。
4) 划分网格。单元属性设置材料号 1,点击 mesh tool,选择 lines >set,选择上
部方块边线设置单元数为 50,高度边线设置单元为 10,选择四边形映射网 格划分。单元属性设置材料号 2,重复上述操作。
5) 耦合节点。点击 coupling/Ceqn>Coincident Nodes,保持默认点击 ok 。 6) 定义分析类型为 Steady-State 。
7) 施加边界条件。在整个方块四周端面设置 heat flux数值为 0。在方块上端面
设置温度为 500℃,下表面温度为 20℃。 8)
求解。节点温度分布图如下:
9) 更改单元类型。 Element type>switch element type>thermal to struc。热单元被
相应的转换为力分析单元。
10) 施加载荷及约束。在方块左端面节点施加位移约束为 all dof,施加温度载荷
solution>define loads>apply>structrue>temperature>from therm analy,找到文 件夹中后缀为 file.rth 的文件 11)
求解及后处理结果。
温度变形图
综合应力云图
范文三：ansys幕墙行业应用实例04
点玻自平衡式结构计算:
结构尺寸:详见下图
材料特性:E=2.06e5 N/mm2 ν=0.3 γ=7.85e-5 N/mm3 α=1.2e-5 /℃ 钢材
E=1.35e5 N/mm2 ν=0.3 γ=7.85e-5 N/mm3 α=1.8e-5 /℃不锈钢绞线
荷载条件:玻璃自重标准值 G AK =0.666e-3 N/mm2
风荷载标准值 k w =1.252 e-3 N/mm2
水平地震作用标准值 Q EK =0.266e-3 N/mm2
温度荷载 ±40℃
最不利荷载组合:±40℃ + 以下集中力:
每个爪上施加的集中力为 F=-4.19e3 N G=-1.73 e3 N F ’ =-3.58 e3 N G ’ =-
1.48 e3 N 建模:
模型说明:
1.因为自平衡结构中两榀之间设置稳定索,互不传力,每榀在受力上基本相同或相似,没 必要对整个结构进行建模,故仅 取 自平衡结构中最不利的 一 榀进行建模 计算。
2.荷载 分析。 玻璃 面板将 力传 给 爪件, 由 爪件 再 传 到转接 件进 而 传 到 自平衡结构上 。所 传 的力 主 要 包括 风荷载, 水平地震荷载,玻璃 及 爪件自重 。另外 ,自平衡结构自 身还 要 承 受温
度荷载 和 结构本 身 的自重 。
3. 约束分析。经参考多 个 采 用自平衡结构的 工程实例 , 除顶部约束需放松 UY 约束外(用 以 消除 温度 应 力 ) , 与 结构 连接处 的 节点做法 基本 是采 用 销接 的 约束方式 , 即 在建模 时 仅 需 放松 z 向转动 , 其他全部约束掉就可 以 了。
4. 单元选 用 。 索 采 用 link10模 拟;竖向 的 大 钢 管及横向撑杆均采 用 beam188模 拟。
5.施加 预应 力 。主 受力索 按 30%的最 小破断拉 力施加, 承 重索 应当 施加 适当 的 预应 力 Ansys 模型:
分析 结 果 :
工况 1:最不利荷载组合 +降 温 40℃ 位移 结 果 :
张 拉杆 索 体系规范 要 求 为 L/200=52.25mm。 本 计算由 于 采 用的 是 设 计 值,结 果 为 56.815mm , 相 差 不 大 , 如 果 改 用标准值 计算 的 话 应 该 可 以 通过 , 就 不 浪费精 力 了。
强 度 计算 结 果 :竖向 钢 管
:
最 大应 力为 125.46 N/mm2<215 n/mm2,="" 满足强="" 度要="" 求="">
横向撑杆 :
横向撑杆 的 分析 结 果 最 大应 力 很 大 , 经分析 , 最 大应 力 发生 在最上 和 最下的两个 撑杆与竖向 钢 管连接处 , 由 于 建模的 粗糙 , 此 处 的 连接 情 况 失真较 大 且有很 大 的 应 力集中, 要 得 到 此 处 更真 实 的 计算 结 果 , 应 进行 细 部 的 具体 建模 分析。 但此 连 接处 较 外 围 的 一 些强 度结 果是可 以 参考 的, 经 查看 , 其 强 度结 果应 该 在 186.433以下, 满足强 度要 求 。
竖向承 重索 轴 力 计算 结 果 :
主 受力索的 轴 力 计算 结 果 :
查看厂家 不锈钢 拉 索的力 学 性 能资 料, φ28的 拉 索 截 面 积 为 196.34mm2, 最 小破 断拉 力为 220.39KN ; 10的 拉 索 截 面 积 为 59.66mm2,最 小破断拉 力为 70.90KN 。 由计算 结 果可 知 , 承 重索的最 大 轴 力为 21.216KN , 小 于 最 小破断拉 力, 满足强 度要 求 。 主 受力 拉 索最 大拉 力为 110.094KN , 最 小 为 31.864KN , 小 于 最 小破断拉 力, 且 不 会 松 弛 , 满足强 度要 求 。
支座反 力 计算 结 果 :
PRINT REACTION SOLUTIONS PER NODE
***** POST1 TOTAL REACTION SOLUTION LISTING *****
LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 22
TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0
THE FOLLOWING X,Y,Z SOLUTIONS ARE IN GLOBAL COORDINATES
NODE FX FY FZ MX MY MZ 1 0.19191 0.63457 0.42416E-14 0.0000 0.0000 98 418.07 21213. 0.18588E-13 0.0000 0.0000 110 16206. -0.45674E-12-0.24677E-08 0.14755E-09 207 16286. 32724. 0.16187E-11 0.13688E-08 0.24084E-10 TOTAL VALUES
VALUE 32910. 53938. 0.11848E-11-0.10989E-08 0.17164E-09 0 注 :1和 98两 点 为 承 重索的下 和 上两个 约束 施加 位 置 ; 110和 207为自平衡结构 上 面和 下 面 的两个 约束 施加 位 置 。
工况 2:最不利荷载 +升 温 40℃
最 大应 力为 123.444 N/mm2<215 n/mm2,="" 满足强="" 度要="" 求="" 。="" 横向撑杆="">
拉 索 轴 力 计算 结 果 :
由计算 结 果可 知 , 承 重索的最 大 轴 力为 13.491KN , 小 于 最 小破断拉 力, 满足强 度要 求 。主 受力 拉 索最 大拉 力为 65.726KN ,最 小 为 52.961KN , 小 于 最 小破断拉 力, 且 不 会 松 弛 , 满足强 度要 求 。
支座反 力 计算 结 果 :
PRINT REACTION SOLUTIONS PER NODE
***** POST1 TOTAL REACTION SOLUTION LISTING *****
LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 34
TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0
THE FOLLOWING X,Y,Z SOLUTIONS ARE IN GLOBAL COORDINATES
NODE FX FY FZ MX MY MZ 1 0.0000 2.2925 0.0000 0.0000 0.0000 98 0.0000 37.349 0.0000 0.0000 0.0000 110 17730. 0.40009E-12-0.89785E-09 0.14161E-09 207 15180. 53898. -0.94158E-12 0.89527E-09 0.19659E-09 TOTAL VALUES
VALUE 32910. 53938. -0.54149E-12-0.25751E-11 0.33820E-09 0 注 :1和 98两 点 为 承 重索的下 面和 上 面 两个 约束 施加 位 置 ; 110和 207为自平衡 结构上 面和 下 面 的两个 约束 施加 位 置 。
自平衡结构的 扰 度结 果 为 56.184mm , 与降 温 40度的 扰 度 计算 结 果接 近 。 那 是 因 为建模 时 释 放了 结构 顶部 的 UY 自 由 度,温度对结构 刚 度 及 总 位移 的 影响已 经可 以 忽略 不 计了。
自平衡结构 有限 元计算 总 结:
1. 如何 实 现 自平衡结构的 有限 元计算。 在 刚开始 做 自平衡结构 计算 的 时 候 , 我们知道 , 这种 结构 内 部 存 在互相平衡的 内 力, 这种内 力的 起源 是拉 索的 预拉 力, 在结构 张 拉 完成后 , 撑杆与 圆 钢 管 开始有 了 用以 抵抗 拉 索 预拉 力的 内 力 。 那么 在 有限 元 进行建模的 时 候 , 如何 建 立这么 一 个 带有内 力互相平衡的结构模型 呢?我 们知道 , 拉 索 单元 用 link10来 模 拟 , 它 的 预拉 力 可 以 通过 程 序 自 动 施加, 但 撑 杆和 圆 钢 管 呢? 他 们 在结构进行 张 拉 完成后 形 成 的 抵抗内 力 各 不相同, 我们 根 本 无 法 知道 其大小是多 少 , 那么如何 实 现 结构在建模 完成后能 够 “ 自平衡 ” 是 个 很 重要的 问题 , 它 将是 整个自平衡结构 有限 元计算 的基 础 。
问题 的 关键 在 于 约束 的施加,本 计算 的 约束 施加 方法 在 前 面 已有 说明, 承 重 索的 约束 并无 特 别 之 处 , 可 根据 实 际 做法 施加 (因为 有 的 承 重索上 面 会 拉到 自平 衡结构上 而 不 是主 体 结构上, 与 本 计算 不同 ) 。 拿 本 例 来 说, 关键 在 于 110和 207号 节点 的 约束 施加 方法 , 现 在 我们 的施加 方法是 110平 动约束 UX 和 UZ , 转动约 束 绕 X 和 Y 的 转动; 207约束除 绕 Z 转动外 的 其他所 有 约束 (销接) 。 注 意 到 110号 节点 释 放了 UY 约束 , 记 得 前 面 说明 了一点 ,为 了消除 温度的 影响 , 我们释 放 了 UY 的 约束 , 其实 这 只 是一 个 方面 , 释 放 UY , 也 是 进行自平衡结构 有限 元计算 必 须 要 做 的, 释 放 UY ,结构 才 能 实 现 其 内 力的 “ 自平衡 ” , 否则 , 拉 索的 预拉 力 将全部 加在 支座 上, 圆 钢 管 也 将给 支座带来很 大 的力, 而 这些 力 原 来 是 自平衡 结构自 身可 以互相 抵 消 的 。
由 以上 分析可 见, UY 的 释 放 , 是 整个自平衡结构 有限 元分析 的 一 个基 础 。 当 然 , 可 以 发 散 的 想 一 下, UY 的 释 放 并 不 是 唯 一 的 方法 , 也许 还 有 其他方法 , 但 目 标 都 是 首先 要 让 结构 “ 自平衡 ” 。
2. 计算 过 程 中的 收敛问题 。 自平衡结构 有限 元计算时 要 开 大 变形 ,进行 非 线 性 计算 , 比 较 难收敛 。当 然 , 难收敛 是 有 原 因的, 经 过我 的 N 多 次 计算 ,对 各 种
模型的 情 况 进行 分析 , 收敛 的 关键 在 于 承 重索 是 否 已 经 受 压 (我们知道 用 link10单元 模 拟拉 索, link10单元一 旦 受 压 将 退出 工 作 ) 。降 温的 时 候 比 较 好 算一点 , 因为 降 温 等 于 是给 索施加 预应 力, 拉 索 将 绷紧 , 受 压 的 可 能 性不 大。 升 温 计算就 比 较 麻烦 了 , 升 温之 后 , 拉 索要 放松 很 多 , 另外 , 对结构 变形 进行 分析可 以 知道 , 在 承 重索两 端 由 于 结构 变形 的作用 很 容易 受 压 而 退出 工 作 (主 受力 拉 索因为施加 了 较 大 的 预应 力 通 常 不 会 出 现这 个 问题 ) , 这 就是 难收敛 的 真 正原 因 。 升 温 是 对 结构不利的因 素 ,因 此 ,为 了 抵抗 温度 升 高 对结构 造 成 的不利 影响 , 承 重索 (特 别 是承 重索的两 端 )应 该 施加 一 定的 预应 力 , 这 个力不 会 太 大 , 拉 索最 小破断拉 力的 10%左右 , 当 然 , 如 果 不 想 对 主 体 结构 造 成 额 外 的 负担 , 可 以 将承 重索 顶部 拉 结 到 自平衡结构自 身 上 (可参考 广州白云机场幕墙 自平衡结构的 节点做法) 。 3. 自平衡结构 刚 度的 影响 因 素 。 自平衡结构不同 于张 拉 索 杆 结构, 后 者 是 用 预应 力 换 刚 度, 预应 力 一 旦 消 失 , 立 即 失 去 刚 度, 而 自平衡结构不 一 样 , 如 果 不 施加 预应 力, 其 结构本 身 仍然 会有刚 度 。 通过 计算 表 明, 影响 自平衡结构 刚 度的 因 素并 不 是拉 索的 预应 力 大小 , 我 做 过 对 比 计算 , 加 大拉 索的 预应 力, 结构的 扰 度 大小 基本不 变 。而 影响 结构 刚 度的因 素 是拉 索的 截 面大小 ,在本 例 的 计算 中, 如 果 两个 主 受力 拉 索 采 用 φ28的, 预应 力 及其他所 有 条件 均 不 变 , 计算所 得 的 扰 度为 35mm ,本 例计算采 用 φ18的 拉 索 扰 度为 56mm ,明 显 刚 度 提高 很 多。另外 一 个 影响 因 素 是撑杆 的 矢高 , 这 跟混凝土梁高 刚 度 大 的 原理 基本相似, 就 不详 细 解 释 了。
4. 对 计算 有 利的 一 些 节点做法。
A .设置 竖向承 重索 和 水平稳定索
B . 顶部和 底 部连接做法 :广州白云机场 节点做法 :
范文四：ansys幕墙行业应用实例1
1. 四边支撑玻璃
2. 四点支撑玻璃
3. 全玻
4. 铝板带加强筋
5. 石材
6. 预埋件
7. 雨棚结构
8. 主横梁计算
9. 单索体系
10. 索杆体系
star 制作 ansys精品
四边支撑玻璃计算:
一、按规范计算过程:
玻璃分格 (b ×h ) 1260mm ×3700mm, 玻璃类型为 隐框中空玻璃 , 玻璃配置为:6mmLow-e 玻璃 +12A+6mm玻璃。综合考虑本工程风荷载及板块分格等因素,取东立面 A17-A18轴标 高 30.000m, 地面粗糙度为 B 类 , 查《建筑结构荷载规范》得:阵风系数 637. 1=gz β,风压 高度变化系数:421. 1=z μ。
2、玻璃强度及挠度计算
在垂直玻璃平面的水平荷载 组 合 作用下 , 最大弯曲应力 计算(按 四边 简 支板算) : 短 边:a=1260mm, 长 边:b=3700mm A=1.26×3.7=4.66 m2 风荷载标 准值 :
k w =βgz ×μS ×μZ ×w 0=1.637×2.0×1.421×0.3=1.396kN/㎡ 风荷载 设 计 值 :
k w w w ×=γ=1. 4×1.396=1.954 kN/㎡ 6mm 厚 单 片 玻璃 自重 标 准值 :
k Ak G t G ××=1=1×0.006×25.6=0.154 kN/㎡ 6mm 厚 单 片 玻璃水平地 震作用 标 准值 :
Ak E Ek G a q max β=/A=5.0×0.08×0.154=0.062 kN/㎡ 6mm 厚 单 片 玻璃水平地 震作用设 计 值 : Ek E q q 3. 1==1.3×0.062=0.08 kN/㎡
中空玻璃 外片 玻璃分配系数:
3
3
3
3
2
3
13
1
6
661. 11. 1+×=+×t t t =0.55 中空玻璃 内片 玻璃分配系数:
3
3
3
3
2
3
13
2
6
66+=+t t t =0.5 分配 到外片 玻璃 上 的风荷载标 准值 :
55. 0×k k w w =外 =1.396×0.55=0.77 kN/㎡ 分配 到外片 玻璃 上 的风荷载 设 计 值 : 77. 0×w w =外 =1.4×0.77=1.07 kN/㎡
分配 到外片 玻璃 上 的荷载 组 合标 准值 :
Ek k k q w S 5. 0+外 外 ==0.77+0.5×0.062=0.80 kN/㎡ 分配 到外片 玻璃 上 的荷载 组 合 设 计 值 :
E q w S 5. 0+外 外 ==1.07+0.5×0.08=1.11 kN/㎡ 分配 到内片 玻璃 上 的风荷载标 准值 : 5. 0×k k w w =内 =1.396×0.5=0.70 kN/㎡ 分配 到内片 玻璃 上 的风荷载 设 计 值 :
star 制作 ansys精品
7. 0×w w =内 =1.4×0.7=0.98 kN/㎡
分配 到内片 玻璃 上 的荷载 组 合 设 计 值 :
E q w S 5. 0+内 内 ==0.98+0.5×0.08=1.02 kN/㎡ a/b=0.341, 查 表 得 弯矩 系数:m =0.117 挠度系数:μ =0.01209
① 中空玻璃 外片 玻璃强度计算: 折减 系数:
4
1
4Et a S k 外 =
θ56. 216
1072. 012601080. 04
543-=××××= 查 表 ,得 折减 系数: η= 0.914
最大弯曲应力值 :
ησ2
1
2
6t a mS 外 外 =
914. 06
12601011. 1117. 06223-×××××==31.55 N/mm2
< 84="" n/mm2="" 强度="" 满足要求="">
② 玻璃挠度计算: 中空玻璃 折 算 厚 度
3
23195. 0t t t e +=mm 2. 76695. 033=+=
4
4e
k Et a w =
θ37. 182
. 71072. 0126010396. 14
54
3-=××××= 查 表 ,得 折减 系数: η=0.927 刚 度系数
6
2
3523
103. 2)
2. 01(122. 71072. 0) -1(12×=?××==νe Et D ημD a w d k f 4=mm 0. 17927. 0103. 2126010396. 101209. 064
3-=×××××=
<>
126060==a mm 挠度 满足要求 。 综 上 6mmLow-e 玻璃 +12A+6mm玻璃, 其 强度、挠度 都能满足设 计 要求 。
二、 ansys 计算过程:
1.刚 度 验 算:
中空玻璃等 效厚 度为 3
23
195. 0t t e +=mm 2. 76695. 033=+= 计算 依据 :
尺寸 :1260×3700×7.2mm
支撑 条 件:四边 简 支
材 料特性 :E=0.72e5 N/mm2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm3 荷载 条 件:按 规范取风荷载标 准值 k w =1.396e-3 N/mm2
建 模 :(四 条 边 z 向 支撑, 再 在 左 边 两角 点加 x 向 支撑, 下 面 两角 点加 y 向 支撑)
扰 度计算结 果 :
扰 度 最大值 DMX=16.842
2160
1260
60==a mm 满足 规范 要求 。 规范计算结 果 为 17 mm, 与 ansys 计算结 果偏差不大 , 可以采用 。
2. 强度计算:
中空玻璃 内外片厚 度 均 为 6mm ,因 外片所受 荷载 大 , 只验 算 外片即可 。 计算 依据 : 尺寸 :1260×3700×6mm 支撑 条 件:四边 简 支
材 料特性 :E=0.72e5 N/mm2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm3
荷载 条 件:分配 到外片 玻璃 上 的荷载 组 合 设 计 值 E q w S 5. 0+外 外 ==1.11e-3 N/mm2
强度计算结 果 :
强度 最大值 SMX=28.868 N/mm2<84>
满足 规范 要求 。
规范计算结 果 为 31.55 N/mm2, 与 ansys 计算结 果偏差不大 , 可以采用 。 另外从 ansys 计算结 果偏小可以看出 规范计算 更 为 保守安 全。
Ansys 计算四边支撑玻璃的 问题思 考:
1.由于 计算的 是 中空玻璃, 用 ansys 模拟 中空玻璃 比较复杂 , 针对 工程 应用 , 我 是按 照 规范的算 法 (即 分 别 计算 内片 跟 外片 ) 对 玻璃 进行了 强度计算。 扰 度计算 也 是按 照 规范算 法 (即采用 等 效厚 度) 进行 的 验 算。 从 结 果 对 比 来 看 , 扰 度 值比较 接近 , 可以 认 为计算 正确 , 没有 问题 ;而 强度 值 ansys 计算 稍微 偏小 , 经 查规范,主 要 原 因在 于 规范计算强度 是 先 按 照 小扰 度 理论进行 计算, 再 考虑玻璃变 形过 大 引起 的 几何非线 性 , 引入一个 折减 系数 对 玻璃的 应力 进行 折减 。规范 明确 表 明 其 编制 的 折减 系数 表 为 了 安 全 稳妥 , “ 取 了 较 计算结 果偏安 全 的数 值 , 留有充 分的 余 地 ” , 故 可以 认 为 ansys 计算强度 偏小 一 点 是 符 合 实际情况 的。
2. 计算 时 建 议先 计算中空玻璃的 扰 度, 以 确定 是 否 采用大扰 度 理论进行 计算, 如 果用 等 效厚 度计算 所 得的 扰 度 大于 玻璃 厚 度, 则 应 改 用大扰 度 理论进行 重 算, 同时 在强度计算 时 因为 是 分 别 计算 外片 和 内片 的强度, 此时 的 扰 度 并 不可 信 (强度计算 是 主 要 目 的) ,在 刚 度 计算 后确定 采用大扰 度 理论 的 话 , 此时 的强度计算 也 应采用 大扰 度。 如 果刚 度计算 表 明 玻璃 扰 度 较小 , 可以采用小扰 度 理论进行 , 则此时 建 议 采用小扰 度 理论 计算 内片 和 外片 的强度 (偏 于安 全) 。
3. 夹胶 玻璃的计算 也 可以 参照 以上 算 法 。
以下是扰 度计算的 命令流 :
/PREP7
ET,1,SHELL63
R,1,7.2, , , , , ,
RMORE, , , ,
RMORE
RMORE, ,
MPTEMP ,,,,,,,,
MPTEMP ,1,0
MPDATA,EX,1,,0.72e5
MPDATA,PRXY ,1,,0.2 RECTNG,0,1260,0,3700,
CM,_Y,AREA
ASEL, , , , 1
CM,_Y1,AREA
CMSEL,S,_Y
CMSEL,S,_Y1
AATT, 1, 1, 1, 0, CMSEL,S,_Y
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,1
AESIZE,P51X,100,
MSHAPE,0,2D
MSHKEY ,0
CM,_Y,AREA
ASEL, , , , 1
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
/UI,MESH,OFF
FINISH
/SOL
ANTYPE,0
ANTYPE,0
NLGEOM,1
OUTRES,ERASE
OUTRES,ALL,1
FLST,2,4,4,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-4
/GO
DL,P51X, ,UZ,
FLST,2,2,3,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,4
/GO
DK,P51X, , , ,0,UX, , , , , , FLST,2,2,3,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-2 /GO
DK,P51X, , , ,0,UY, , , , , , FINISH
GPLOT
/POST1
FINISH
/SOL FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,1
/GO SFA,P51X,1,PRES,1.396e-3 SOLVE
FINISH
/POST1
四点支撑玻璃计算:
一、按规范计算过程:
雨 篷 玻璃计算:
取标高 3.75m 处 雨 篷进行 计算。 地面粗糙度为 B 类 , 查 《建筑结构荷载规范》 得:阵风系数 398. 2=gz β,风压高度变化系数:740. 0=z μ。
1. 玻璃面板计算:
采用 10+1.52PVB+10半钢 化 夹胶 点玻
玻璃板块 尺寸 :1250×2550mm 开孔 边 距 125mm 计算 尺寸 :a ×b=1000mm×
2300mm
风荷载计算:
体 形 系数: μS =-2.0 根 据 公式 4.1和 表 4.2得
k w =βgz ×μS ×μZ ×w 0=2.398×0.74×2.0×0.3=1.06 kN/m2 风荷载标 准值 为 k w =1.06kN/m2 风荷载 设 计 值 为 w =1.49kN/ m2
外片 玻璃 : (内片与外片 一样 , 所以只 需 要 计算 外片 ) 自重设 计 值 :
G q =1.2×G 1ak =1.2×25.6×10=307.22
/m N (一般情况 )
star 制作 ansys精品
G q =1.0×G 2ak =1.0×25.6×10=2562
/m N (重力 荷载 对 结构 有利时 ) 施 工荷载标 准值 :sk3q =0.52/m kN
施 工荷载 设 计 值 :s q =1.4×3sk q =1.4×0.5=0.72/m kN ①自重 +风荷载 (向上 ) :
S ′=0.256-0.5×1.06=-0.2742
/m kN S =0.256-0.5×1.49=-0.4892/m kN ②自重 +施 工荷载:
S ′=0.307+0.5×0.5=0.5572
/m kN
S =0.307+0.5×0.7=0.6572
/m kN
由上 计算 可 知 荷载 组 合 ②自重 +施 工荷载为 最不 利 荷载 组 合, 采用 此 荷载 组
合 进行 玻璃板 验 算:
2. 玻璃强度 验 算: (1)玻璃强度 验 算
短长 边 之 比 :a/b=0.41
查 表 5.1得 弯矩 系数:m=0.1293 折减 计算系数 θ计算:
65. 2110
2300557=××××==?4
54
644' 100.7210Et b S θ 可以 查 出其折减 系数 η=0.913 则 玻璃 截 面 设 计 最大应力值 为: 由 公式 (5.3)得:
t 6mSb σ22
=
=2
2
31006102300657. 01293. 913. 0×××××?
=24.62N/mm2<56n>
外片 强度 满足要求 (其 中 56N/mm2为 5-12mm 厚 半钢 化玻璃 大 面强度 设 计 值 ) 。 3. 玻璃挠度 验 算:
又 由短长 边 之 比 :a/b=0.43
查 表 5.3知 道 挠度系数 μ=0.01382 夹胶 玻璃的计算 厚 度 te :
mm 10t t t 3333
231e 60. 12=+=+=
4
4' 2e
Et b S =θ18. 1760. 121072. 0230010557. 02454
3-=×××××= 查 表 ,得 折减 系数: η=0.931 刚 度系数:
) ν12(1Et D 23
e ?==) 0.2(112100.722
3
5?×××60. 12=1.25710× 由 公式 (5.5)得:
D
μb 2S d 4
' f =
mm
602300
mm 1010107
4
333. 3809. 32931. 025. 230001382. 557. 02=<=××××××=? 挠度="" 满足要求="">
故 该 雨 篷 玻璃板块强度 与 挠度 满足要求 。
二、 ansys 计算过程:
1.刚 度 验 算:
夹胶 玻璃等 效厚 度为 mm 10t t t 3
3
33
23
1e 60. 12=+=+= 计算 依据 :
玻璃板块 尺寸 :1250×2550×12.6mm 开孔 边 距 125mm
支撑 条 件:四点支撑
材 料特性 :E=0.72e5 N/mm2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm3
荷载 条 件:按 规范取风荷载标 准值 k w =2×0.557e-3=1.114e-3 N/mm2
建 模 :
模 型 说 明 :1、 对 支 座 进行 简 化。 将 开孔处 支 座 简 化 成 点, 均 约束 xyz 三 个 平 动方 向 。 不应 约束转动 :经 查 看 各厂家 的点 式 玻璃 驳 接 头 , 除少部 分型 号 (比 如 说 用于 单索 幕墙 的 和 部 分型 号无 孔 驳 接 头 ) 没 采用 了 球铰 外 , 大 部 分型 号 的 驳 接 头 采用 的 是 球铰 型 式 。 球铰 型 式 可以 释放 角 点 处 的 弯矩 , 从 而 减小 开孔处 的 局部 应力 。
2、 对 分格的 说 明 。 如 果要采用大扰 度计算, 对 玻璃的分格 将会影响 到 计算结 果 , 应采 用 合 适 的分格 尺寸 ,建 议 采用 映射网 格 划 分。 我 采用两 种 分格计算 过 这 个 板块, 25mm 的分 格 尺寸 计算结 果较 为 准 确 , 而 采用 50mm 的分格 尺寸 ,计算结 果 相 差 很 大 。
3、 对 强度计算结 果 的 选 用 。规范计算玻璃强度 时 采用 的 是大 面强度, 遵循这 个原则 , 在 有 限元 计算 时 , 支 座将产生 应力 集 中, 此处 的 应力 会 比大 面 应力大 很多 , 此时 应 选 用大 面 计算结 果 。 至 于 支 座 处 的 应力 集 中, 最 好 对 支 座 处进行实 体建 模 , 精 确 模拟 此处 的 约束 和 受 力 状态 ,得 到更 符 合 实际 的结 果 (另外 支 座 处 的玻璃强度 验 算 应 该 是验 算 侧 面强度 才 对 ) 。
扰 度计算结 果 :
采用小扰 度 理论 计算结 果 :
小扰 度计算 所 得 扰 度 DMX=34.088mm, 大于 玻璃 厚 度 12.60mm , 应 考虑变 形引起 的 几 何非线 性 影响 , 故 采用大扰 度 理论进行 计算,结 果 如 下 :
结 果 分 析 :扰 度计算结 果 为 DMX=12.579mmmm 60
2300
33. 38=
, 满足 规范 要求 。 按 规 范 方 法 计算 所 得结 果 为 32.09mm , 两 者 比较 , 出 入 较大 。 后 面 将做详细 分 析 。
2. 强度计算:
夹胶 玻璃 内外片厚 度 均 为 10mm , 所受 荷载 一样 , 只验 算 外片即可 。 计算 依据 : 玻璃板块 尺寸 :1250×2550×10mm 开孔 边 距 125mm
支撑 条 件:四点 简 支
材 料特性 :E=0.72e5 N/mm2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm3 荷载 条 件:分配 到外片 玻璃 上 的荷载 组 合 设 计 值 S =0.657 e-3 N/mm2 强度计算结 果 :
按小扰 度 理论 计算 所 得结 果 :
按大扰 度计算 所 得结 果 :
结 果 分 析 :小扰 度计算 所 得的 大 面强度结 果 为 26.641 N/mm2, 大扰 度计算 所 得的 大 面 强度计算结 果 为 15.541 N/mm2(支 座 应力 集 中 处 最大 为 27.974 N/mm2, 但 此 结 果不 做 考虑) 。 这里 由于刚 度计算 时 已 表 明 , 夹胶 玻璃挠度 以大于 玻璃 厚 度, 应 考虑 几何非线 性 的 影响 , 采 用大扰 度 理论进行 计算, 故 外片 玻璃强度计算 应 选 用大扰 度计算的结 果 。 再 跟 按 规范 方 法 计
算 所 得的强度结 果 相 比 ,规范 方 法 计算的结 果 为 24.62 N/mm2, 两 者相 差较大 。 前 面 已
得 出 的 扰 度计算结 果 也 与 规范计算结 果 相 差较大 , 倒底 是 为 什么呢?请 看下 面的 详细 分 析 。
先 回顾 一 下 规范 方 法 计算四点支撑玻璃的计算 方 法 ,计算 公式如 下 :
强度 t
6mSb σ2
2
= 扰 度:D μb S d 4' f = 说白 了 , 就 是 框支撑玻璃的计算 公式 , 只是 计算 时 采用 的 是长 边 而 已 。 其 理 论 基础就 是 , 先 按小扰 度 理论进行 计算, 然 后 为 了 考虑 大扰 度 是 几何非线 性 的 影 响 , 乘 以 一个 折减 系数 η。 其 实 问题 就 是出 在 这里 , 根 据 前 面 我对 框支撑玻璃的 计算分 析 , 其按 规范 公式 计算 跟 用 ansys 计算结 果 很 接近 , 规范计算结 果 稍 大 一 点, 偏于安 全。
再 分 析 四点支撑的计算结 果 , 我 发现 一个 比较 接近 的数 值 , ansys 用小扰 度 理论 得 出 的计算结 果 跟 规范算 法 所 得的结 果 很 接近 , 根 据上 面 所 提 到 的规范算 法 , 不 难 知 道这 两 者 为 何 会 比较 接近 , 规范 就 是用小扰 度结 果 成 折减 系数 η得 到 最 终 结 果 , 但 是 它 的 最 终 结 果 为 什么又 比 ansys 考虑 非线 性 影响 所 得结 果 相 差 很 大 呢?细心 的 人 都 会想 到 , 其 实 问题出 在 折减 系数 η。
找 到 了 问题所 在, 那 就 来 看 一 下 这 个 折减 系数 η倒底 出 了 什么 问题 , 抑或 是 我 们 的 有 限元 计算 有 误 。 其 实 还 可以 对 结 果 进行 更 深 入 的分 析 , 把 规范结 果不 考 虑 折减 , 即 除 以 η把 折减 消去 , 就发现 , 这 个 结 果 基 本等 于 ansys 小扰 度 理论 分 析 结 果 (比 它 略 大 ,规范 偏安 全) , 这说 明一 点, 有 限元 计算 时 模 型的建立 是 符 合 实际 的, 只是 ansys 采用 了 大扰 度分 析才 导致 结 果与 规范结 果 的 差 别 。 而 程 序 计算 大扰 度 是 考虑 了 位移 的 二阶 效应 , 计算 是不 会 出 错 的, 从 这 点 上可以 得 出 结 论 , ansys 对 四点支撑玻璃的计算结 果可以 信 任 。 那 么 问题 肯 定 是出 在规范 对 η的取 值上 面。 细 查 了 规范, η的取 值可 查 表 6.1.2-2, 注意 这 个 表 的 来 源 在 条 纹 说 明 6.1.2~6.1.3里 面 有 详细 的 解 释 , 此 表是用于 框支撑 情况 下 针对 大扰 度板 在 进行 小扰 度计算 后对 应力 结 果 进行 的 折减 , 而 四点支撑玻璃计算 是 竟 然 也 采用 了 这 个 表所 提 供 的 折减 系数 ! 很 明 显 , 与 有 限元 计算结 果 对 比表 明 , 太 过 于保守 ! ! 与 实际情况 严 重不 符 。 同理 扰 度计算 也 是 乘 的 这 个 折减 系数, 问题是 一样 的。
总 结 以上 分 析 , 有 限元 计算结 果不 敢 说 是 完 全 准 确 的, 但 我 相 信 比较 接近实 际情况; 规范计算四点支撑玻璃的结 果 却 可以 说 绝 对 是 欠 妥 当 的, 它 完 全 套 用 四 边支撑玻璃的 折减 系数, 与 实际情况 相 去甚远! 希望国 家 的主 管 部 门 能重 视 起来 , 现 在点 式 玻璃 用 的 越 来 越 多 , 规范在 这 个 领域却 做 得 如此 落 后 , 如此 下 去 , 将 造 成 极 大 的 浪费 , 拖新 中 国 经 济 建 设 的 后 腿 。
扰 度计算 命令流 :
/PREP7
/NOPR
/PMETH,OFF,0 KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO
ET,1,SHELL63 R,1,12.6, , , , , , RMORE, , , ,
RMORE
RMORE, , MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,0.72e5 MPDATA,PRXY,1,,0.2 K, ,0,0,,
K, ,125,0,,
K, ,1125,0,,
K, ,1250,0,,
K, ,0,125,,
K, ,125,125,, K, ,1125,125,, K, ,1250,125,, K, ,0,2425,,
K, ,125,2425,, K, ,1125,2425,, K, ,1250,2425,, K, ,0,2550,,
K, ,125,2550,, K, ,1125,2550,, K, ,1250,2550,, FLST,2,4,3 FITEM,2,1 FITEM,2,2 FITEM,2,6 FITEM,2,5 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,2 FITEM,2,3 FITEM,2,7 FITEM,2,6 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,3 FITEM,2,4 FITEM,2,8 FITEM,2,7 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,5 FITEM,2,6 FITEM,2,10 FITEM,2,9 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,6 FITEM,2,7 FITEM,2,11 FITEM,2,10 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,7 FITEM,2,8 FITEM,2,12 FITEM,2,11 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,9 FITEM,2,10 FITEM,2,14 FITEM,2,13 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,10 FITEM,2,11 FITEM,2,15
FITEM,2,14
A,P51X
FLST,2,4,3
FITEM,2,11
FITEM,2,12
FITEM,2,16
FITEM,2,15
A,P51X
TYPE, 1
MAT, 1
REAL, 1
ESYS, 0
SECNUM,
ESIZE,25,0,
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
FLST,5,9,5,ORDE,2
FITEM,5,1
FITEM,5,-9
CM,_Y,AREA
ASEL, , , ,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
/UI,MESH,OFF
FINISH
/SOL
ANTYPE,0
ANTYPE,0
NLGEOM,1
FLST,2,4,3,ORDE,4
FITEM,2,6
FITEM,2,-7
FITEM,2,10
FITEM,2,-11
/GO
DK,P51X, , , ,0,UX,UY,UZ, , , , FLST,2,9,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-9 /GO SFA,P51X,1,PRES,1.114e-3 SOLVE
FINISH
/POST1
范文五：ansys子模型介绍与应用实例
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
第五章 子模型
何为子模型?,
子模型是得?到模型部分?区域中更加?精确解的有?限单元技术?。在有限元分?析中往往出?现这种情况?，即对于用户?关心的区域?，如应力集中?区域，网格太疏不?能得到满意?的结果，而对于这些?区域之外的?部分，网格密度已?经足够了。见图5-1。
图5-1 轮毂和轮辐?的子模型 a)粗糙模型，b)叠加的子模?型
用较细的网要得到这些?区域的较精?确的解，可以采取两?种办法:(a)?格重新划分?并分析整个?模型，或(b)只在关心的?区域细化网?格并对其分?析。显而易见，方法a太耗?费机时，方法b即为?子模型技术?。
子模型方法?又称为切割?边界位移法?或特定边界?位移法。切割边界就?是子模型从?整个较粗糙?的模型分割?开的边界。整体模型切?割边界的计?算位移值即?为子模型的?边界条件。
子模型基于?圣维南原理?，即如果实际?分布载荷被?等效载荷代?替以后，应力和应变?只在载荷施?加的位置附?近有改变。这说明只有?在载荷集中?位置才有应?力集中效应?，如果子模型?的位置远离?应力集中位?置，则子模型内?就可以得到?较精确的结?果。
ANSYS?程序并不限?制子模型分?析必须为结?构(应力)分析。子模型也可?以有效地应?用于其他分?析中。如在电磁分?析中，可以用子模?型计算感兴?趣区域的电?磁力。
除了能求得?模型某部分?的精确解以?外，子模型技术?还有几个优?点:
, 它减少甚至?取消了有限?元实体模型?中所需的复?杂的传递区?
域。
, 它使得用户?可以在感兴?趣的区域就?不同的设计?(如不同的圆
?角半径)进行分析。
, 它帮助用户?证明网格划?分是否足够?细。
5-1
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
使用子模型?的一些限制?如下:
只对体单元?和壳单元有?效。
子模型的原?理要求切割?边界应远离?应力集中区?域。用户必须验?证是否满足?这个要求。
如何作子模?型分析
子模型分析?的过程包括?以下步骤:
1. 生成并分析?较粗糙的模?型。
2. 生成子模型?。
3. 提供切割边?界插值。
4. 分析子模型?。
5. 验证切割边?界和应力集?中区域的距?离应足够远?。
第一步:生成并分析?较粗糙的模?型
第一个步骤?是对整体建?模并分析。(注,为了方便区?分这个原始?模型，我们将其称?为粗糙模型?。这并不表示?模型的网格?划分必须是?粗糙的，而是说模型?的网格划分?相对子模型?的网格是较?粗糙的。)
分析类型可?以是静态或?瞬态的，其操作与各?分析的步骤?相同。下面列出了?其他的一些?要记住的方?面。
这样就可以文件名——粗糙模型和?子模型应该?使用不同的?文件名。?保证文件不?被覆盖。而且在切割?边界插值时?可以方便地?指出粗糙模?型的文件。用下列方法?指定文件名?:
Comma?nd: /FILNA?ME
GUI: Utili?ty Menu>File>Chang?e Jobna?me
单元类型——子模型技术?只能使用块?单元和壳单?元。分析模型中?可以有其他?单元类型(如梁单元作?为加强筋)，但切割边界?只能经过块?和壳单元。
一种特殊的?子模型技术?，称为壳到体?子模型技术?，允许用户用?壳单元建立?粗糙模型而?用三维块单?元建立子模?型。本技术在后?面还要讨论?。
建模——在很多情况?下，粗糙模型不?需要包含局?部的细节如?圆角等，见下图。但是，有限元网格?必须细化到?足以得到较?合理的位移?解。这一点很重?要，因为子模型?的结果是根?据切割边界?的位移解插?值得到的。
图5-2 粗糙模型可?以不包括一?些细节部分?
5-2
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
文件——结果文件(Jobna?me.RST,Jobna?me.RMG等)和数据库文?件(Jobna?me.DB,包含几何模?型)在粗糙模型?分析中是需?要的。在生成子模?型前应存储?数据库文件?。用下列方法?存储数据库?:
Comma?nd: SAVE
GUI: Utili?ty Menu>File>Save as
Utili?ty Menu>File>Save as Jobna?me.db
第二步:生成子模型?
子模型是完?全依靠粗糙?模型的。因此在初始?分析后的第?一步就是在?初始状态清?除数据库(另一种方法?是退出并重?新进入AN?SYS)。用下列方法?清除数据库?:
Comma?nd: /CLEAR?
GUI: Utili?ty Menu>File>Clear?&Start? New
同时，应记住用另?外的文件名?以防止粗糙?模型文件被?覆盖。用下列方法?指定文件名?:
Comma?nd: /FILNA?ME
GUI: Utili?ty Menu>File>Chang?e Jobna?me
然后进入P?REP7并?建立子模型?。应该记住下?列几点:
使用与粗糙?模型中同样?的单元类型?。同时应指定?相同的单元?实参(如壳厚)和材料特性?。(另一种子模?型技术——壳到体技术?——允许从粗糙?模型的壳单?元转换为体?单元，见后。)
子模型的位?置(相对全局坐?标原点)应与粗糙模?型的相应部?分相同，见图5,3。
图5-3 叠加在粗糙?模型上的子?模型
5-3
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
指定合适的?结点旋转位?移。切割边界结?点的旋转角?在插值步骤?一写入结点?文件时不应?改变(见第三步:生成切割边?界插值)。用下列方法?指定结点旋?转:
Comma?nd:NROTA?T
GUI: Main Menu>Prepr?ocess?or>Creat?e>Nodes?>-Rotat?e Node CS-To Activ?e CS
Main Menu>Prepr?ocess?or>Move/Modif?y>-Rotat?e Node CS-To ACtiv?e CS
注意结点旋?转角会因为?施加结点约?束，传递线上约?束或面上约?束等操作而?改变，同样也会为?更加明显的?操作如[NROTA?T和NMO?DIF]等改变。
粗糙模型中?结点旋转角?的出现或缺?省并不影响?子模型。
子模型的载?荷和边界条?件将在后面?两步中施加?。
第三步:生成切割边?界插值
本步是子模?型的关键步?骤。用户定义切?割边界的结?点，ANSYS?程序用粗糙?模型结果插?值方法计算?这些点上的?自由度数值?(位移等)。对于子模型?切割边界上?的所有结点?，程序用粗糙?模型网格中?相应的单元?确定自由度?数值，然后这些数?值用单元形?状功能插值?到切割边界?上。
在切割边界?插值中有下?面几步操作?:
1.指定子模型?切割边界的?结点并将其?写入一个文?件(缺省为Jo?bname?.NODE)中。可以在PR?EP7 中选择切割?边界的结点?，用下列命令?将其写入文?件:
Comma?nd: NWRIT?E
GUI: Main Menu>Prepr?ocess?or>Creat?e>Nodes?>Write? Node File
下面是一个?NWRIT?E命令的例?子:
NSEL,... !选择切割边?界上的结点?
NWRIT?E !将其写入J?obnam?e.NODE
图5-4 子模型切割?边界
5-4
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
在这里讨论?一下温度插?值的问题。在包含特性?随温度变化?的材料的分?析中，或热,应力耦合分?析中，粗糙模型和?子模型中的?温度分布是?相同的。在这种情况?下，必须将粗糙?模型的温度?插值到子模?型中的所有?结点上。要完成这步?操作，要选择子模?型中所有结?点并写入另?外一个文件?中，使用NWR?ITE,Filen?ame,Ext。 记住必须另?外指定一个?文件名，否则切割边?界结点文件?将被覆盖～第7步中说?明了关于温?度插值的命?令。
2.重新选择所?有结点并将?数据库存入?Jobna?me.DB中，然后退出P?REP7。 必须将数据?库写入文件?，因为在后面?子模型分析?中要使用到?。
用下列命令?重新选择所?有结点:
Comma?nd: ALLSE?L
GUI: Utili?ty Menu>Selec?t>Every?thing?
用下列命令?存储数据库?:
Comma?nd: SAVE
GUI: Utili?ty Menu>File>Save as Jobna?me.db
3.要进行切割?边界插值(和温度插值?)，数据库中必?须包含粗糙?模型的几何?特征。因此要用下?列一种方法?读入粗糙模?型数据库:
Comma?nd: RESUM?E
GUI: Utili?ty Menu>File>Resum?e from
如，粗糙模型文?件名为CO?ARSE，就输入命令?RESUM?E,COARS?E,DB。
4.进入POS?T1，即通用处理?器(/POST1?或Main? Menu>Gener?al Postp?roc)。插值只有在?POST1?中进行。
5.指向粗糙模?型结果文件?(FILE或?Main Menu>Gener?al Postp?roc>Data & File Opts)。
6.读入结果文?件中相应的?数据(SET或M?ain Menu>Gener?al Postp?roc>-Read Resul?ts-optio?n)。
7.开始切割边?界插值。用下列方法?完成本步操?作:
Comma?nd: CBDOF?
GUI: Main Menu>Gener?al Postp?roc>Submo?delin?g>Inter?polat?e DOF
缺省状态下?，CBDOF?命令假定切?割边界结点?在文件Jo?bname?.NODE中?。ANSYS?程序将计算?切割边界的?DOF数值?并用D命令?的形式写入?文件Job?name.CBDO中?。
用下列方法?作温度插值?，但要保证文?件包含所有?子模型结点?:
Comma?nd: BFINT?
GUI: Main Menu>Gener?al Postp?roc>Submo?delin?g>Inter?p Body Forc
温度插值以?BF命令的?格式写入文?件Jobn?ame.BFIN中?。
注——如果数据包?括实部和虚?部的话，步骤6和7?就要作两遍?。先用SET? 命令读入实?部的数据并?作插值[CBDOF?和/或BFIN?T]，然后用SE?T命令将域?设为1 读入虚部的?数据并重新?进行插值，但这次将虚?部插值写入?另一个文件?。
8.至此，所有的插值?任务完成，退出POS?T1[FINIS?H]并读入子模?型数据库(RESUM?E或Mai?n Menu>File>Resum?e from)。
第四步:分析子模型?
5-5
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
在本步中，用户指定分?析类型和分?析选项，加入插值的?DOF数值?(和温度数值?)，施加其他的?载荷和边界?条件，指定载荷步?选项，并对子模型?求解。
第一步是进?入求解器(/SOLU或?Main Menu>Solut?ion)。
然后定义分?析类型(一般为静态?)和分析选项?。
要施加切割?边界自由度?约束，用下列命令?读入CBD?OF命令生?成的由D命?令组成的文?件:
Comma?nd: /INPUT?
GUI: Utili?ty Menu>File>Read Input? from
要施加温度?插值，用下列命令?读入BFI?NT命令生?成的由BF?命令组成的?文件:
Comma?nd: /INPUT?
GUI: Utili?ty Menu>File>Read Input? from
如果数据有?实部和虚部?，先读入实部?数据文件，指定自由度?约束数值和?(/或)结点体载荷?是否计算，然后读入虚?部数据文件?。
用下列方法?指定计算自?由度约束数?值:
Comma?nd: DCUM,ADD
GUI: Main Menu>Prepr?ocess?or>Loads?>-Loads?-Setti?ngs>Contr?aints?
Main Menu>Solut?ion>-Loads?-Setti?ngs>Const?raint?s
用下列方法?指定计算结?点体载荷数?值:
Comma?nd: BFCUM?,ADD
GUI: Main Menu>Prepr?ocess?or>Loads?>-Loads?-Setti?ngs>Nodal? Body Ld
Main Menu>Solut?ion>-Loads?-Setti?ngs>Nodal? Body Ld
注意在执行?DCUM和?BFCUM?命令时要先?将其初始状?态设为初始?值。
重要的一点?是要将粗糙?模型上所有?其他载荷和?边界条件复?制到子模型?上。比如对称边?界条件，面力，惯性载荷(如重量)，集中力等(见图5,5)。
图5-5 子模型的载?荷
然后指定载?荷步选项(如输出控制?)并开始计算?:
Comma?nd: SOLVE?
GUI: Main Menu>Solut?ion>Curre?nt LS
Main Menu>Solut?ion>Run FLOTR?AN
在求解完成?后，退出SOL?UTION?。[FINIS?H]
子模型的数?据流向(无温度插值?)见图5,6。
5-6
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
图5-6 子模型分析?(无温度插值?)的数据流向?
第五步:验证切割边?界和应力集?中位置的距?离是否足够?
最后一步是?验证子模型?切割边界是?否远离应力?集中部分。可以通过比?较切割边界?上的结果(应力，磁通密度等?)与粗糙模型?相应位置的?结果是否一?致来验证。如果结果符?合得很好，证明切割边?界的选取是?正确的。如果不符合?的话，就要重新定?义离感兴趣?部分更远一?些的切割边?界重新生成?和计算子模?型。
一个比较结?果的有效方?法是使用云?图显示和路?径显示，见图5,7和5,8。
图5-7 比较结果时?的云图显示?
5-7
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
图5-8 比较结果时?的路径显示?
输入示例
下面列出了?一个子模型?分析的输入?示例:
!开始子模型?分析
/FILNA?ME,coars?e !工作文件名?为coar?se
/PREP7? !进入PRE?P7
....
.... !生成粗糙模?型
FINIS?H
/SOLU !进入求解器?
ANTYP?E,... !分析类型和?分析选项
...
D,.... !载荷和载荷?步选项
DSYMM?,...
ACEL,...
...
SAVE !粗糙模型数?据库文件c?oarse?.db
SOLVE? !求解粗糙模?型
!结果在文件?coars?e.rst(或rmg等?)
FINIS?H
!生成子模型?
/CLEAR? !清除数据库?(或退出AN?SYS并重?新进入)
/FILNA?ME,submo?d !新工作文件?名为sub?mod
/PREP7? !重新进入P?REP7
...
5-8
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型 ... !生成子模型?
!进行切割边?界插值
NSEL,... !选择切割边?界上的结点? NWRIT?E !将其写入文?件subm?od.node ALLSE?L !读入所有实?体
NWRIT?E,temp,node !将所有结点?写入文件t?
emp.node(用于
温度插值)
SAVE !存储子模型?数据库文件?submo?d.db FINIS?H
RESUM?E,coars?e,db !读入粗糙模?型数据库(coars?e.db) /POST1? !进入POS?T1
FILE,coars?e,rst !使用粗糙模?型结果文件? SET,... !读入需要的?结果数据
CBDOF? !从subm?od.node中?读入切割边?界结
点并
将D命令写?入subm?od.cbdo BFINT?,temps?,node !从temp?s.node中?读入所有子?模型
结点
并将BF命?令写入文件?
submo?d.bfin(用
于温度插值?)
FINIS?H !结束插值过?程
RESUM?E !读入子模型?数据库(submo?d.db) /SOLU !进入求解器?
ANTYP?E,... !分析类型和?选项
...
/INPUT?,submo?d,cbdo !切割边界自?由度
/INPUT?,submo?d,bfin !温度插值
DSYMM?,... !其他载荷和?载荷步选项? ACEL,...
...
SOLVE? !子模型求解?
FINIS?H
/POST1? !进入POS?T1
...
... !验证子模型?数据
FINIS?H
壳到体子模?型
5-9
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
在壳到体子?模型技术中?，粗糙模型为?壳模型而子?模型为三维?实体模型。图5,9所示为三?维实体子模?型添加到粗?糙壳模型上?的例子。
图5-9 3-D实体模型?叠加到壳单?元模型上
。下面的几点?壳到体子模?型分析与体?对体子模型?分析大致一?致
是要记住的?:
壳到体子模?型分析是将?DBDOF?命令(Main Menu>Gener?al Postp?roc>Submo?delin?g>Inter?polat?e DOF)和BFIN?T命令(Main Menu>Gener?al>Submo?delin?g>Inter?p Body Forc)中KSHS?域设为1实?现的。 本特性不适?用于SHE?LL91或?SHELL?99(KEYOP?T(11)不等于0)。
子模型切割?边界应为垂?直于壳平面?的端面(见图5,10)。切割边界上?的结点写入?文件中[NWRIT?E](Main Menu>Prepr?ocess?or>Creat?e>Node>Write? Node File)。
要确定切割?边界上结点?的自由度数?值[CBDOF?]，程序首先将?结点延伸到?壳平面的最?近的单元上?，该延伸结点?的自由度数?值就插值并?赋值给相应?的结点。温度插值是?由计算最近?壳单元的中?面平均温度?得到的。
注,切割边界上?的结点位置?必须在最近?壳单元平均?厚度的0.75倍之间?，见图5,10。也就是说，子模型应大?致在粗糙模?型的中间。
图5-10结点旋?转:a)CBDOF?命令之前，b)CBDOF?命令之后
5-10
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
在结构分析?中，切割边界结?点只计算平?动自由度，但其数值是?根据延伸结?点的平动和?转动自由度?得到的。而且，结点旋转以?使结点的U?Y自由度始?终垂直于壳?平面，见图5,10。UY自由度?只有当结点?在壳平面平?均厚度的1?0,之内时才计?算。这防止了子?模型在反向?的过度位移?。
由CBDO?F命令写的?.CBDO文?件包括两个?部分:(1)一组NMO?DIF命令?(表示结点旋?转角度)和DDEL?E命令(删除UY约?束)，(2)一组D命令?(施加自由度?插值)。这两个部分?用/EOF命令?和一个:CBnn标?记分开(nn为结果?序列迭代次?数)。
用户必须将?.CBDO文?件读入PR?EP7中，因为NMO?DIF命令?只能在PR?EP7中适?用。要完成这步?操作，进入前处理?器，然后用下列?命令:
Comma?nd: /INPUT?
GUI: Utili?ty Menu>File>Read Input? from
同时，要读入.CBDO文?件两次，因为两个命?令部分被/EOF命令?分开了。在第二次读?入文件时，用/INPUT?命令的LI?NE域指定?程序从:CBnn处?开始读入，见下:
/PREP7? !.CBDO文?件必须在P?REP7中?读入
/INPUT?,,cbdo !读入Job?name.cbdo到?/EOF处
/INPUT?,dbdo,,:cb1 !从:cb1处读?入同一文件?
子模型分析?实例(命令行格式?)
问题描述
求解矩形平?板中心开孔?，承受横向拉?力时的应力?集中情况。材料特性和?模型的几何?形状见下图?。
/FILNA?M,coars?e
/PREP7?
smrt,off
/TITLE?, STRES?S CONCE?NTRAT?ION AT A HOLE IN A PLATE?
/NOPR
ANTYP?E,STATI?C ! 静力分析
ET,1,PLANE?2
MP,EX,1,30E6
MP,NUXY,1,0.3
5-11
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
K,1,6 ! 关键点
K,2,6,6
K,3,,6
K,4,,.5
K,5,.5
K,6
L,1,2
L,2,3
L,3,4
LESIZ?E,3,,,4,.25 ! 定义线3的?分段数
LARC,4,5,6,0.5
LESIZ?E,4,,,6 ! 定义线4的?分段数
L,5,1
LESIZ?E,5,,,4,4 ! 定义线5的?分段数
AL,1,2,3,4,5
ESIZE?,,4 ! 每条线分为?4段
AMESH?,ALL
/AUTO,1
/PLOPT?S,INFO,0
5-12
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
/PLOPT?S,WINS,0
/WINDO?W,,LTOP
LSEL,S,LINE,,3,5,2
DL,ALL,,SYMM
LSEL,S,LINE,,1
NSLL,,1
SF,ALL,PRES,-1000. ! 施加拉力
LSEL,ALL
NSEL,ALL
CSYS,1
FINIS?H
/SOLU
SOLVE?
FINIS?H
SAVE ! 存储文件V?M142.DB
/POST1?
SET,1,1
NSORT?,S,X,,,3
PRNSO?L,S,COMP
/WINDO?W,1,OFF
/NOERA?SE
/DSCAL?E,2,1
/WINDO?W,2,RTOP
PLNSO?L,S,X
*GET,CRSES?TR,NODE,18,S,X
*STATU?S
*DIM,LABEL?,CHAR,1,2
*DIM,VALUE?,,1,3
LABEL?(1,1) = 'MX STR '
LABEL?(1,2) = 'CRS MODEL?'
*VFILL?,VALUE?(1,1),DATA,3018
*VFILL?,VALUE?(1,2),DATA,CRSES?TR
*VFILL?,VALUE?(1,3),DATA,ABS(CRSES?TR/3018)
SAVE,TABLE?_1
FINIS?H
/CLEAR?, NOSTA?RT ! CLEAR? THE DATAB?ASE
/FILNA?M,SUBMO?DEL ! 定义子模型?文件名
/PREP7?
smrt,off
/NOPR
/TITLE?, STRES?S CONCE?NTRAT?ION AT A HOLE IN A PLATE?
ANTYP?E,STATI?C
ET,1,PLANE?42
MP,EX,1,30E6
5-13
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
MP,NUXY,1,0.3
CSYS,1
K,10,.5,45
K,11,.5,90
K,12,1.5,45
K,13,1.5,90
A,10,12,13,11
ESIZE?,,8
MSHK,1
MSHA,0,2D
AMESH?,1
/WINDO?W,2,OFF
/NOERA?SE
/PLOPT?S,INFO,0
/PLOPT?S,WINS,0
/WINDO?W,1,LTOP
/USER ! 用户定义的?比例
/DIST,1,3.3
/FOCUS?,1,3,3
EPLOT?
LSEL,S,LINE,,1,2
NSLL,,1 ! 选择切割边?界的结点
NWRIT?E ! 将结点写入?文件SUB?MODEL?.NODE
LSEL,ALL
NSEL,ALL
FINIS?H
SAVE ! 存储子模型?数据库文件?SUBMO?DEL.DB
/POST1?
RESUM?E,coars?e,db
FILE,coars?e,rst
CBDOF?,,,,,,,0,,0 !激活边界条?件插值
FINIS?H
/PREP7?
smrt,off
RESUM?E !从文件SU?BMODE?L.DB中读入?子模型
/NOPR
/INPUT?,,cbdo,,:cb1 ! 从文件SU?BMODE?L.CBDO中?读入插值边?界
条件
/GOPR
LSEL,S,LINE,,3 ! 施加其余的?边界条件
DL,ALL,,SYMM
FINIS?H
/SOLU
SOLVE?
5-14
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
FINIS?H
/POST1?
SET,1,1
NSORT?,S,X,,,3
PRNSO?L,S,COMP
/WINDO?W,1,OFF
/AUTO,3
/WINDO?W,3,BOT
/NOERA?SE
/PLOPT?S,MINM,1
/USER,3
/DIST,3,.2
/FOCUS?,3,.2,.5
/CONTO?UR,3,,AUTO
PLNSO?L,SX
*GET,SUBST?R,NODE,18,S,X
*DIM,LABEL?,CHAR,1,2
*DIM,VALUE?,,1,3
LABEL?(1,1) = 'MAX STRS'
LABEL?(1,2) = ' SUBMO?D'
*VFILL?,VALUE?(1,1),DATA,3018
*VFILL?,VALUE?(1,2),DATA,SUBST?R
*VFILL?,VALUE?(1,3),DATA,ABS(SUBST?R/3018 )
SAVE,TABLE?_2
FINIS?H
/CLEAR?,NOSTA?RT
/FILNA?M,SUBMO?DEL
/PREP7?
smrt,off
/TITLE?, STRES?S CONCE?NTRAT?ION AT A HOLE IN A PLATE?
/NOPR
ANTYP?E,STATI?C
ET,1,PLANE?146
MP,EX,1,30E6
MP,NUXY,1,0.3
K,1,6 ! 关键点
K,2,6,6
K,3,,6
K,4,,.5
K,5,.5
K,6
L,1,2
L,2,3
L,3,4
5-15
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
LESIZ?E,3,,,4,.25
LARC,4,5,6,0.5
LESIZ?E,4,,,6
L,5,1
LESIZ?E,5,,,4,4
AL,1,2,3,4,5
ESIZE?,,4
AMESH?,ALL
/AUTO,1
/PLOPT?S,INFO,0
/PLOPT?S,WINS,0
/WINDO?W,,LTOP
LSEL,S,LINE,,3,5,2
DL,ALL,,SYMM
LSEL,S,LINE,,1
NSLL,,1
SF,ALL,PRES,-1000.
LSEL,ALL
NSEL,ALL
CSYS,1
FINIS?H
/SOLU
SOLVE?
FINIS?H
/POST1?
SET,1,1
PRNSO?L,S,COMP
/WINDO?W,1,OFF
/NOERA?SE
/DSCAL?E,2,1
/WINDO?W,2,RTOP
PLNSO?L,S,X
*GET,SUBST?R,NODE,18,S,X
*DIM,LABEL?,CHAR,1,2
*DIM,VALUE?,,1,3
LABEL?(1,1) = 'MAX STRS'
LABEL?(1,2) = 'CRS MOD '
*VFILL?,VALUE?(1,1),DATA,3018
*VFILL?,VALUE?(1,2),DATA,SUBST?R
*VFILL?,VALUE?(1,3),DATA,ABS(SUBST?R/3018 )
SAVE,TABLE?_3
FINIS?H
《ANSYS? Verif?icati?on Manua?l》中例子:
5-16
ANSYS?高级分析技?术指南 子模型
VM142? 盘孔处的应?力集中
5-17
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