结构数值仿真-实验指导书.docVIP

《结构力学》实验课程 结构数值仿真实验 实验教学指导书 土木与建筑学院结构实验中心 2009年09月修订 《结构力学》结构仿真实验指导书 一、实验内容、目标、要求 实验内容 对《结构力学》课程中静定结构、超静定结构的内力、位移计算和结构影响线的基础上，采用结构数值的计算方法，通过计算软件完成同一结构的仿真分析，并将两种计算结果进行对比，找到数值分析方法和《结构力学》基本求解方法的差异，并对电算原理进行初探性学习。 实验目的 锻炼学生计算分析能力，激发学生的学习兴趣； 通过仿真试验可拓展专业课的教学空间,激发学生学习兴趣,增加教与学的互动性,使学生更多地了解复杂结构的试验过程,从而更深刻地理解所学《结构力学》课程内容。 通过数值仿真计算和《结构力学》中解析法(力法、位移法等)，验证所学结构力学方法的正确性； 对电算原理及有限元理论有初步认识，并开始初探性学习； 实验要求 计算机，安装有MIDAS/civil等有限元计算软件。预习指导书和数值计算仿真过程录像。 二、实验指导内容 本实验课程，安排学习的课程分为二个阶段：初级阶段和提高阶段。 第一阶段为初级阶段，这个阶段是每个学生必须掌握的。主要内容有： 连续梁结构仿真分析； 桁架结构仿真分析； 框架结构仿真分析； 拱结构仿真分析； 影响线及内力包络图分析。 第二阶段为提高阶段，这个阶段对结构仿真有兴趣的同学进行研究。主要内容有： 板单元仿真分析； 实体单元分析； 弹簧单元分析 强制位移分析 预应力分析 自振频率分析 三、实验报告要求 1、每人一个题目，完成结构的《结构力学》的手算计算，手算计算需要详细，要求手写在实验报告之中； 2、在完成上述手算工作后，进行结构数值仿真计算，描述重要操作过程； 3、结构数值仿真计算结果打印在实验报告之中； 4、将结构数值仿真计算结果与《结构力学》手算结果进行对照，误差分析； 初级课程: 连续梁分析 概述 比较连续梁和多跨静定梁受均布荷载和温度荷载（上下面的温差）时的反力、位移、内力。 图 1.1 分析模型 材料 钢材: Grade3 截面 数值 : 箱形截面 400×200×12 mm 荷载 1. 均布荷载 : 1.0 tonf/m 2. 温度荷载 : ΔT = 5 ℃ (上下面的温度差) 设定基本环境 打开新文件，以‘连续梁分析.mgb’为名存档。单位体系设定为‘m’和‘tonf’。 文件/ 新文件 文件/ 存档 (连续梁分析 ) 工具 / 单位体系 长度 m ; 力 tonf ( 图 1.2 设定单位体系设定结构类型为 X-Z 平面。 模型 / 结构类型 结构类型 X-Z 平面 ( 设定材料以及截面 材料选择钢材GB（S）（中国标准规格），定义截面。 模型 / 材料和截面特性 / 材料 名称( Grade3) 设计类型 钢材 规范 GB(S) ; 数据库 Grade3 ( 模型 / 材料和截面特性 / 截面 截面数据 截面号 ( 1 ) ; 截面形状 箱形截面 ; 用户：如图输入 ; 名称 400×200×12 ( 图 1.3 定义材料 图 1.4 定义截面 建立节点和单元 为了生成连续梁单元，首先输入节点。 正面, 捕捉点 (关), 捕捉轴线 (关) 捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开), 自动对齐 模型 / 节点 / 建立节点 坐标 ( x, y, z ) ( 0, 0, 0 ) ( 图 1.5 建立节点 用扩展单元功能来建立连续梁。 模型 / 单元/ 扩展单元 全选 扩展类型 节点( 线单元 单元属性 单元类型 梁单元 ( 材料 1:Grade3 ; 截面 1: 400*200*12 ; Beta 角 ( 0 ) 生成形式 复制和移动 ; 复制和移动 任意间距 方向 x ; 间距 ( 3@5/3, 8@10/8, 3@5/3 ) ( 图 1.6 建立单元 输入边界条件 3维空间的节点有6个自由度 (Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)。但结构类型已设定为X-Z平面（程序将自动约束Y方向的位移Dy和绕X轴和Z轴的转动Rx,Rz），所以只剩下3个自由度 (Dx, Dz, Ry)。铰支座约束自由度Dx, Dz, 滚动支座约束自由度 Dz。 模型 /边界条件 / 一般支承 节点号 (开) 单选 (节点 : 4 ) 选择添加 ; 支承条件类型 Dx, Dz (开) (