《结构力学》实验课程 结构数值仿真实验DOC

《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

1.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。

2.实验目的

1）锻炼学生计算分析能力，激发学生的学习兴趣；

2）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。

3）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；

4）对电算原理及有限元理论有初步认识，并开始初探性学习；

3.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：

1、连续梁结构仿真分析；

2、桁架结构仿真分析；

3、框架结构仿真分析；

4、拱结构仿真分析；

5、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：

1、板单元仿真分析；

2、实体单元分析；

3、弹簧单元分析

4、强制位移分析

5、预应力分析

6、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。

3跨连续两次超静

定

3跨静定

3跨连续1次超静定

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

选择“数据库”中的任

意材料，材料的基本特

性值（弹性模量、泊松

比、线膨胀系数、容重）

将自动输出。

参照用户手册的“输

入单元时主要考虑事

项”

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

X

Z

输入梁单元. 关于梁

单元的详细事项参照在线帮助的 “单元类型”的 “梁单元” 部分

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)

↵

单选(节点: 1, 12, 15 ) ; 支承条件类型 > Dz (开) ↵

图 图1.7 输入边界条件