节点细部分析-迈达斯-midas

例题3 开口部详细分析
开口部详细分析
3 例题3. 开口部详细分析
概要
此例题将介绍利用MIDAS/Gen对开口详细部分的建模分析方法。

此例题的步骤如下：
1.简要
2.设置基本操作环境
3.输入构件材料以及截面数据
4.建立结构模型
5.输入边界条件
6.定义及输入荷载
7.运行结构分析
8.查看分析结果
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例题3. 开口部详细分析
概要
本例题介绍的是梁的腹部存在圆形开口部时，为对开口部进行补强设计而进行的建模、分析及查看结果的过程，材料采用Q235基本数据如图(1)所示：
(a) 模型概要
图1. 具有圆形开口部的梁构件和开口部的详细分析模型
梁单元区间
梁单元区间
板单元详细模型区间
50kN/m
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5 设置基本操作环境
1．设置单位体系
1.单位体系为（KN,m）
2．设置局部坐标系
为了容易输入以及查看结果，使梁的单元坐标系与整体坐标系一致来建立模型。

即，利用 X-Z
将梁腹部面设置为 UCS x-y 平面后点击 正面 使得操作画面与 UCS x-y 平面一致。

1.在图标菜单
点击 X-Z
2.在 坐标 输入栏输入 ‘0, 0, 0’
3.在 角度输入栏输入 ‘0’
4.点击 键
5.在图标菜单点击
正面
在修改视角标记‘9’
后点击键，则可以省略第5 阶段。

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定义材料和截面
1：主菜单选择 模型>材料和截面特性>材料： 添加
材料号：1 名称：Q235 规范：GB03(S)
图2 定义材料
2：主菜单选择 模型>材料和截面特性>厚度：
添加：定义厚度（0.010，0.015，0.020，0.040）
图3 定义厚度
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7 建立结构模型
1：主菜单选择 模型>节点>建立
为了圆形开口部以及垂直 、水平加劲板的输入，在 UCS x-y 平面输入成为指定开口部的大小和补强位置的基准的9个节点。

由于圆形开口部的补强位置以开口部的中心为基准关于横轴和竖轴对称，故只建立开口部右侧上端的1/4部分的模型后利用对称复制功能可
完成剩下的部分。

1.在图标菜单点击
节点号、 单元号 (Toggle on)
2.
在图标菜单点击 自动调节缩放
3.在关联菜单选择 节点>建立节点
4.在坐标(x, y, z) 输入栏输入 ‘0 0 0’
5.
点击 键
6.在功能目录表(图 3.2的X)选择 移动/复制节点
7.
在图标菜单选择 全选
8.在 形式 选择栏选择 ‘复制’
9.在 复制和移动 选择栏选择 ‘任意间距’
10.在 方向选择栏选择 ‘x’
11.在 间距 输入栏输入 ‘0.8, 0.7’
12.点击 键
13.
在图标菜单点击 全选
14.在 任意间距的 方向 选择栏选择 ‘y’
15.在 距离 输入栏输入 ‘.7 .3’
16.点击 键
17.
在图标菜单点击 用窗口选择 后选择节点 1
18.在 形式 选择栏选择 ‘移动’
19.在 方向 选择栏选择 ‘x’
20.在 距离 输入 ‘0.5
’ 后点击 键
Toggle on
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图4. 在单元输入位置生成节点
2：主菜单选择 模型>单元>扩展
利用连续复制节点的同时生成单元的 扩展单元 功能在开口部边框的圆管形加劲板位置输入梁单元。

此梁单元以后使用于利用扩展(Extrude)功能生成圆管形加劲板。

1. 选择模型 >单元
2. 在功能目录表选择 扩展单元
3. 在 扩展类型 选择栏选择 ‘节点 → 线单元’
4. 在图标菜单点击
用窗口选择后选择节点 1
5. 在 单元类型 选择栏选择 ‘梁单元’
6. 在 材料 选择栏选泽 ‘1 : Q235’
7. 在 生成形式 输入栏选择 ‘旋转’
8. 在 复制次数 输入栏输入 ‘8’
9. 在 旋转角度 输入栏输入 ‘90/8’ 10. 在 旋转轴选择栏选择 ‘z-轴’
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11.在 第一点 输入栏输入 ‘0, 0, 0’
12.点击
键
图5. 在开口部边框生成临时梁单元
3：主菜单选择 模型>节点>分割节点
现在对节点2和5以及4和5之间的区间进行四等分。

1.点击 自动调节缩放 (Toggle off)
2.在Model Entity选项(图4①)选择 节点
3.在功能目录表选择 分割节点
4.在 等间距 的 分割数量 输入栏输入 ‘4’
5.点击分割的节点号输入栏后用鼠标连续指定节点2、5以及节点4和5
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图6. 为了输入板单元分割节点
3：主菜单选择 模型>单元>建立
把生成的节点生成板单元。

按逆时针方向连接是为了统一生成的板单元的单元坐标系，以便以后分割单元时可以有效地使用 分割单元 功能。

1. 在单元工具条选择
建立单元 (参考图 3.5的X )
2. 在 单元类型 选择栏选择 ‘板’、确认 ‘4 节点’
3. 在 材料名称选择栏选择 ‘1 : Q235’
4. 在 厚度. 选择栏选择 ‘0.02’
5. 用鼠标指定节点连接输入栏后连接节点 1, 2, 18, 10 来生成板单元 9
6. 连接节点 10, 18, 19, 11 生成板单元 10
7. 与上面相同的方法依次连续生成板单元 11 到 16
8. 在图标菜单点击
收缩单元 (Toggle on)
9. 点击 交叉分割删除 ‘9’ 标识
10. 连接节点 2, 3, 6, 5 来输入板单元 17 11. 连接节点 5, 6, 9, 8 来输入板单元 18
生成单元时根据节点的指定顺序决定单元坐标系，故输入时最好维持一定的顺序。

板单元的单元坐标系请参考分析&设计手册中的MID AS/Gen 的数值分析模型>单元种类和主要考虑事项> 板单元
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12.连接节点 4, 5, 8, 7 来输入板单元 19
图7. 生成圆形开口部周围的板单元
图8. 生成腹部剩下的板单元
4：主菜单选择 模型>单元>分割
在工具>参数设置菜单，为了用户操作方便可以改变MIDAS/Gen的初期操作环境。

(栅格、捕捉、数据库等)
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为了形成优良的有限元网格(Fine Mesh)，把输入的板单元如下按适当的大小分割。

1. 在功能目录表(图7 X )选择 分割单元
2. 在图标菜单使用
用交叉线选择 选择 ○
A 领域的板单元(单元 9 到 16) 3. 在 单元类型 选择栏选择 ‘平面’ 4. 在 分割 选择栏选择 ‘等间距’ 5. 在 X方向分割数量 输入栏输入 ‘3’ 6. 在 Y方向分割数量 输入栏输入 ‘1’ 7. 点击 键
8. 点击
单选选择 ○B 领域的单元 17
9. 在 分割数量 x 以及 y 输入栏分别输入 ‘4’ 10. 点击
键
11. 选择 ○
C 和 ○
D 领域的单元 18, 19 12. 在 X方向分割数量 输入栏输入 ‘4’ 13. 在 Y方向分割数量 输入栏输入 ‘2’ 14. 点击
键
Toggle on
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图9. 分割腹部的板单元
5：主菜单选择 模型>单元>分割
下面为了把梁单元扩展为板单元来输入垂直、水平加劲板以及上端的翼缘，现在在加劲板和翼缘的位置输入梁单元。

1. 在功能目录表(图8 X )选择 建立单元
2. 在 单元类型 选择栏选择 ‘一般梁/变截面梁’
3. 点击 交叉分割/节点 表示 ‘9’
4. 用鼠标点击 节点连接 输入栏后连接节点 4 和 58 来输入临时梁
5. 连接节点 2 和 8 来输入临时梁
6. 点击 节点连接输入栏后连接节点 7 和 9 来在上端翼缘位置输入临时梁
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图10. 在补强部分和翼缘的位置输入梁单元
6：主菜单选择 模型>单元>分割
利用面对称功能对开口部详细模型的剩下的3/4部分生成单元。

1. 在图标菜单点击 节点号,
单元号 (关闭) 2. 在图标菜单点击
全选 和
自动调节缩放
3. 在功能目录表(图9的X )选择 镜像单元
4. 在 形式 选择栏选择 ‘复制’
5. 在 镜像平面 选择栏选择 ‘z-x 平面’
6. 确认 y : ‘0’ 后点击 键
7. 在Icon Menu点击
全选
8. 在 镜像平面 选择栏选择 ‘y-z 平面’ 9. 确认 x : ‘0’ 点击
10. 点击 键
Toggle on
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图 11 完成模型的腹板部分
7：主菜单选择 模型>单元>扩展
把临时输入的梁单元扩展为板单元来完成圆形开口部的翼缘、垂直和水平加劲板以及梁的翼缘。

1.
在图标菜单点击 标准视图 2. 图标菜单点击
设定全局坐标系
3. 选择 工作 选项(图10的①)
4. 在 特性值>截面 双击截面号‘999’(曲管形补强 加劲板)
5. 在单元工具条点击
将单元扩展
6. 在 扩展类型 选择栏选择 ‘线单元 → 平面单元’
7. 在 厚度 选择栏选择 ‘1 : 0.010000’
8. 在 生成形式 选择栏选择 ‘复制和移动’
9. 在 等间距 的 dx, dy, dz 输入栏输入 ‘0, - 0.1, 0’ 10. 在 复制次数 输入栏输入 ‘3’ 输入 11. 点击
键
12.
在图标菜单点击 选择属性
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13. 在 选择属性 选择 ‘截面’
14. 选择截面号 ‘998’(垂直、水平加劲板) 15.
点击 键 16. 点击
键
17. 在 厚度 选择栏选择 ‘2 : 0.015000’ 18. 点击
键
19. 与步骤12∼16相同的方法选择截面号 ‘997’(梁的翼缘) 20. 在 厚度 选择栏选择 ‘40 : 0.040000 ’ 21. 在 复制数量 输入栏输入 ‘4’ 22. 点击键 23. 点击
键
图12. 完成开口部详细模型的一侧
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17 8：主菜单选择 模型>单元>镜像
为了生成详细模型的另一面的翼缘和加劲板，如下选择除了腹部的剩下的部分后利用对称复制功能完成开口部的详细模型。

1.在图标菜单点击 全选
2.在 工作 选项的 特性值>厚度选择厚度号 ‘20 : 0.02’ 后点击鼠标右键
3.在关联菜单选择 解除选择
4.在单元工具条选择 单元镜像
5.在 镜像平面 选择栏选择 ‘z-x 平面’
6.
点击
键
图13. 完成的开口部详细模型
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9：主菜单选择 模型>节点>建立
完成开口部补强详细模型的输入后，为了输入支撑条件把梁单元延长到两端的支撑点。

生成梁单元之前，在输入支撑条件的位置生成节点。

1. 在节点工具条选择
建立节点
2. 在 坐标(x, y, z ) 输入栏输入 ‘- 3’
3. 在 复制次数 输入栏输入 ‘1’
4. 在 距离(dx, dy, dz) 输入栏输入 ‘9’
5. 点击
键
图14. 在梁的支撑点生成节点
没有输入的轴的其它坐标值会默认定为 0。

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19 10：主菜单选择 模型>单元>建立
1.在单元工具条选择 建立单元
2.在 单元类型选择栏选择 ‘一般梁/变截面梁
3.在 材料号 选择栏选择 ‘1:Q235’
4.点击 截面号
选择栏右侧的 键
5.点击 键
6.在 数据库/用户 选项选择 ‘工字型截面’
7.选择 ‘用户’
8.在 名称 输入栏输入 ‘H 2000x800x20/40’
9.在 H, B1, t w , t f1 输入栏分别输入 ‘2’, ‘0.8’ ,‘0.02’ , ‘0.0
4’
10.点击 键
11.点击 键
12.在 截面 选择栏选择 ‘1 : H 2000x800x20/40’
13.
连接要生成梁单元的节点节点
图15. 生成开口部详细模型两端的梁单元
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输入结构的边界条件
1．主菜单选择 模型>边界条件>一般支撑
在梁的两端输入固接条件。

1. 在Model Entity选项(图15的X )选择 边界条件
2. 在功能目录表选择 一般支承
3. 作为边界条件在 ‘D-All ’ 和 ‘RX ’ 打 ‘9’
4. 在图标菜单点击
用窗口全选
5. 选择梁的两端节点
6.
点击
键
图16. 输入边界条件
2．主菜单选择 模型>边界条件>刚性连接
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21 利用 刚性连接 功能，给输入为线单元的梁和输入为板单元的详细模型赋予连续条件。

1.
点击 窗口缩放
(Toggle on)放大开口部详细模型后点击 窗口缩放(Toggle off)
2.在功能目录表选择 刚性连接
3.点击 主节点号码 输入栏后，用鼠标指定与左侧的梁相交的节点(图16的X)
来自动输入
4.在 类型 选择栏点击 键
5.在图标菜单点击
用平面选择
6.选择 ‘YZ 平面’
7.用鼠标指定开口部详细模型左端的任一节点
8.
点击 键
9.点击 键
10.与步骤 3~9 相同的方法在右侧连接部输入主节点/从属节点的刚性连接条
件
Toggle on
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图17. 设置刚性连接
22
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23 输入荷载条件
1．主菜单选择 荷载>静力荷载工况
1.
建立荷载工况DL，类型为恒荷载
图18. 荷载条件
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1．主菜单选择 荷载>梁单元荷载
1. 在图标菜单点击 对齐
2. 在图标菜单点击
单选
3. 选择开口部详细模型两端的梁(图18的Y )
4. 在功能目录表选择 梁单元荷载(单元)
5. 在 荷载工况名称 选择栏选择 ‘DL ’
6. 在 数值 的 W 输入栏输入 ‘- 50’
7.
点击
键
图19. 在梁上端输入等分布荷载
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25 1．主菜单选择 荷载>节点荷载
1. 在图标菜单点击
用平面选择
2. 选择 ‘XZ 平面’
3. 指定位于开口部详细模型的腹板部分的任意一个节点
4. 点击
键
5. 在图标菜单点击 激活
6. 点击
窗口 放大详细模型
7. 在图标菜单点击
用多边形选择
8. 如图19的X 选择要输入集中荷载的节点 9. 在功能目录表选择 节点荷载 10. 在 荷载工况名称选择栏选择 ‘DL ’ 11. 在 FZ 输入栏输入 ‘- 50 * 3 /16’ 12. 点击 键
13. 利用
全选 选择没有加载荷载的详细模型两终端的2个节点
14. 在 FZ 输入栏输入 ‘- 50 * 3/16/2’ 15. 点击 键 16. 点击
键
17. 在图标菜单选择
全部激活
18. 在工作选项的 静力荷载>静力荷载工况 选择 ‘梁单元荷载’ 后点击鼠标
右键
19. 在关联菜单选择 显示荷载
20. 查看输入的 梁单元荷载 (参考图20 ) 21. 与17~18相同的方法查看 节点荷载
在图标菜单使用
多边形选择或
交叉线选择来选择单元时，为了结束选择双击鼠标。

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图20. 在开口部详细模型输入集中荷载
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27 运行结构分析 查看分析结果
1. 查看构件应力
因例题3中开口部的详细模型是用板单元建立的，故对分析结果主要查看开口部周围的变形和应力变化。

1. 在图标菜单点击 消隐 (Toggle on)
2. 在图标菜单点击
收缩单元 (Toggle off)
3. 在主菜单选择 结果>应力>平面应力单元/板单元应力
4. 在 应力 选择栏选择 ‘Sig-XX ’
5. 在 显示类型 选择栏的 等值线图、图例 打 ‘9’
6.
点击
键
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图21. 板单元的应力等值线图
2. 局部方向内力合力
为了把详细分析的结果应用到结构设计中，有必要从板单元或实体单元的各节点上发生的单元的内力算出构件内力。

在这里利用 局部方向内力的合力功能自动算出详细模型和梁单元端部的构件力。

1. 在图标菜单点击
初始画面
2. 在 选择值 的 类型 选择 ‘轮廓线
’ 后点击 键
3. 在主菜单选择 结果>局部方向内力的合力
4. 在 形式 选择 ‘用多边形选择板边缘’
5. 在 荷载 选择 ‘ST :DL
6. 参考图22用鼠标依次指定节点947,964,998,981,947
7. 点击 任意方向内力的合力 对话框的
键
在Plate Edge Polygon Select 指定包含需要查看的截面的多边形。

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图21. 刚性连接处板单元局部方向内力的合力
为了算出构件内力，根据在指定的截面表示的局部坐标系，以中心位置为基准输出相应截面的所有节点上发生的节点内力的和。

在详细模型的右侧端部，构件强轴弯矩My计算为506.2kN x m，结果相同。