ANSYS地震分析实例

ANSYS地震分析实例

土木工程中除了常见的静力分析以外，动力分析，特别是结构在地震荷载作用下的受力分析，也是土木工程中经常碰到的题目。结构的地震分析根据现行抗震规范要求，一般分为以下两类：基于结构自振特性的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。

本算例将以一个4质点的弹簧－质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。

关键知识点：

(a) 模态分析

(b) 谱分析

(c) 地震反应谱输进

(d) 地震时程输进

(e) 时程动力分析

(1) 在ANSYS窗口顶部静态菜单，进进Parameters菜单，选择Scalar Parameters选项，在输进窗口中填进DAMPRATIO=0.02，即所有振型的阻尼比为2%

(2) ANSYS主菜单Preprocessor->Element type->Add/Edit/Delete，添加Beam 188单元

(3) 在Element Types窗口中，选择Beam 188单元，选择Options，进进Beam 188的选项窗口，将第7个和第8个选项，Stress/Strain (Sect Points) K7, Stress/Strain (Sect Nods) K8，从None 改为Max and Min Only。即要求Beam 188单元输出积分点和节点上的最大、最小应力和应变

(4) 在Element Types 窗口中，继续添加Mass 21集中质量单元

(5) 下面输进材料参数，进进ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props-> Material Models菜单，在Material Model Number 1中添加Structural-> Linear-> Elastic->Isotropic 属性，输进材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。

(6) 继续给Material Model Number 1添加Density属性，输进密度为7800。

(7) 继续给Material Model Number 1添加Damping属性，采用参数化建模，输进阻尼类型为Constant，数值为DAMPRATIO

(8) 接着建立梁单元的几何属性，和上一个例子一样，采用Sections建模，进进ANSYS主菜单Preprocessor->Sections->Beam->Common Sections，选择Sub-Type为工字型，截面尺寸W1=0.2，W2=0.2, W3=0.5, t1=0.01, t2=0.01, t3=0.008

(9) 通过实参数输进集中质量单元的质量和转动惯量，在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Real Constants->Add/Edit/Delete菜单，在Real Constants窗口中选择Add，在Element type for Real Constants选择Mass 21，在Real Constant for Number 1窗口中输进1.6E2, 1.6E2，如图所示。即该质量单元在X和Y方向的质量都为160，由于本例子模型为平面题目，所以不必考虑Z方向的质量，同样也不考虑单元的转动惯量。

(10) 继续添加第二类集中质量，过程和上面一样，但是输进的质量数值为1.2E2, 1.2E2

(11) 完成以上工作就完成了模型的基本数据预备，下面开始建立物理模型。

(12) 在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS，依次输进关键点编号和坐标：

需要说明的是，关键点6为后面建立梁单元所需的截面方向控制点，在上一个例子中已经做过先容。

(13) 完成关键点输进后下面建立直线模型。在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Lines->Straight Line，依次连接关键点1～5。

(14) 下面给建立完的几何模型赋予材料属性，在ANSYS菜单中选择Meshing->Mesh Attributes->Picked Lines，选中所有的直线，进进Line Attributes窗口，选择相关选项材料属性，实参数，单元类型和截面类型都为1，点击OK后输进关键点6作为截面方向控制点。

(15) 在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Meshing->Size Cntrls-> ManualSize-> Lines-> Picked Lines，在Element Sizes on Picked Lines窗口中设定NDIV No. of element divisions 为3，即将每条直线分为3段

(16) 在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Meshing->Mesh->Lines，选择所有的直线，完成直线的网格划分。

(17) 为了便于后面操纵，将网格划分后的单元和节点编号进行适当的清理。在ANSYS主菜单中选择Preprocessor->Numbering Ctrls->Merge Items，在Merge Coincident or Equivalently Defined Items 窗口中选择All，清理所有重复的元素。同样选择Numbering Ctrls->Compress Number菜单，在Compress Number中选择All，对节点和单元进行重新编号。

(18) 下面建立集中质量单元，采取直接输进单元的方法建立。在ANSYS主菜单中选择