细 部 分 析
北京迈达斯技术有限公司
宁波江东阳光软件开发中心
目 录
简要 ............................................................................ 1 设计操作环境及定义材料/截面/厚度 ................................................. 2
定义材料 ............................................................................... 2 定义截面 ............................................................................... 3 定义厚度 ............................................................................... 3 用板单元建立细部部分 ................................................................... 5 输入细部模型 ........................................................................... 8 输入边界条件 .......................................................................... 11 输入刚性连接 .......................................................................... 11
输入荷载 ....................................................................... 13
设定荷载工况 .......................................................................... 13 输入自重 .............................................................................. 13
运行分析 ....................................................................... 14 查看结果 ....................................................................... 14
查看反力 .............................................................................. 14
建立模型3 ...................................................................... 16
输入刚性连接 .......................................................................... 17 输入强制位移 .......................................................................... 19
运行分析 ....................................................................... 20 查看结果 ....................................................................... 20
查看模型3的位移和变形图 ............................................................... 20 查看应力 .............................................................................. 21 查看模型1的应力图 .................................................................. 21 查看模型2的应力 .................................................................... 23 查看模型3的应力 .................................................................... 25
简要
本例题的主要目的是针对了解MIDAS/Civil基本操作的技术人员，进一步介绍如何利用MIDAS/Civil进行细部分析的方法。
通常情况下，细部分析是在对建筑物进行完整体分析之后，针对有可能发生应力集中的部分，根据需要而进行的。
进行细部分析主要包括以下两种方法。
1. 通过将细部模型插入整体模型而进行分析的方法。
2. 将整体分析的变形结果以强制位移输入到细部模型的方法。
为了熟练掌握上述两种方法，在这里用以下三种方法分别建立30米长的简支梁，并通过查看结果进行比较。
模型1：使用梁单元建立整体模型
模型2：将简支梁的中间部分（6米）用板单元建模后插入到梁单元
的整体模型
模型3：用板单元建立细部模型后，在边界输入强制位移
首先建立模型1和模型2之后比较其结果。然后，将模型1中与细部模型的边界位置相对应的变形值以强制位移的形式输入到模型3中，并比较其分析结果。简支梁的模型如下图所示。 模型 1 模型 2 模型 3 [单位 : mm] B=1040 Section : B 1040×1040×40×40 t=40 H=1040 Material : Grade3 图 1. 分析模型及剖面图 3-1
设定操作环境并定义材料/截面/厚度
打开新文件( 新项目), 以‘Detail. mcb’为名保存(保存)。
文件 / 文件 /
新项目 保存 ( Detail )
在本例题中将单位体系设定为 tonf(力), m(长度)。
工具 / 单位体系 长度>m ; 力>tonf
定义材料
材料使用中国型钢数据库的钢材 Grade3。 模型 / 材料和截面特性 / 材料
类型>钢材 ; 规范>GB(S) 数据库>Grade3
图 2. 定义材料
3-2
定义截面
通过用户定义来定义梁单元的截面(B 1040×1040×40×40)。
模型 / 材料和截面特性 / 截面
数据库/用户
名称>Box ; 截面形状>箱型 ; 用户 偏心>中-中心
H ( 1.04 ) ; B ( 1.04 ) ; tw ( 0.04 ) ; tf1 ( 0.04 )
图 3. 定义截面
定义厚度
定义细部模型中板单元的厚度。 模型 / 材料和截面特性 / 厚度
厚度>面内和面外 ( 0.04 )
图 4. 定义厚度
3-3
建立模型1和模型2
建立模型1
使用 建立节点 在原点建立节点，通过 扩展单元 功能在x轴方向将节点按 10@3m 扩展成梁单元来建立简支梁。 标准视图, 捕捉节点 (on), 捕捉单元 (on) 节点号 (on), 自动对齐 (on)
模型 / 节点 / 建立节点
坐标 ( 0, 0, 0 )
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:Box ; Beta 角 ( 0 ) 生成形式>复制和移动 复制和移动>等间距
dx, dy, dz ( 3, 0, 0) ; 复制次数 ( 10 )
图5. 模型1的梁单元
3-4
用板单元建立细部分析模型
用板单元建立插在简支梁中间的宽x高为1m的箱型截面(参照图6)。
(0, 0.5, -3) 10@0.1m
6m
图6. 用板单元建立的细部分析模型
3-5
这里使用 扩展单元的功能建立板单元。首先建立一根临时梁，之后将其扩展成板单元来形成箱型截面的翼缘部分。 模型 / 节点 / 建立节点
坐标 ( 0, 0.5, -3 )
复制>复制次数 (1) ; 间距 (0, 0, -1)
模型 / 单元 / 扩展单元
选择最新建立的个体 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 : Box
Beta 角 ( 0 ) ; 生成形式>复制和移动 复制和移动>等间距
dx, dy, dz ( 0, -0.1, 0 ) ; 复制次数 ( 10 ) 窗口缩放 (临时梁部分)
单选 ( 节点 : 12, 32 ) 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 : Box
Beta 角 ( 0 ) ; 生成形式>复制和移动 复制和移动>等间距
dx, dy, dz ( 0, 0, -0.1 ) ; 复制次数( 10 )
图 7. 扩展成板单元所需输入的临时梁
3-6
多边形选择功能是
以任意多边形进行选择最后双击鼠标来完成的。完全包含在多边形范围内的单元、节点会被选择，如果按着Ctrl键后选择的话，与其相交的单元也会被选择。
细部分析的区间为6m，故选择临时梁后，沿整体坐标系X轴进行扩展，扩展间距为 (6/0.2)@0.2m。
节点号 (on) 模型 / 单元 / 扩展单元
多边形选择 (单元 : 全部临时梁) 扩展类型>线单元平面单元 目标>移动 (on)
单元属性>单元类型>板单元
材料>1:Grade3 ; 厚度>1:0.04 生成形式>复制和移动 复制和移动>等间距
dx, dy, dz ( 0.2, 0, 0 ) ; 复制次数 ( 6/0.2 )
图8. 输入模型2的板单元细部模型
3-7
输入细部模型
为了将细部模型插入简支梁模型中，首先将整体模型1中，除细部模型以外的剩余梁单元沿整体坐标系Z轴复制3.5m. 模型 / 单元 / 移动/复制单元
多边形选择 (单元 : 图9的 ① 部分) 形式>复制 ; 移动和复制>等间距
dx, dy, dz ( 0, 0, -3.5 ) ; 复制次数 ( 1 )
① -3.5 m 图 9. 建立模型2的梁单元
3-8
下面将细部模型移至梁单元的中间。
在MIDAS/CIVIL中移动单元时可以使用以下两种方法。
复制/移动单元中的移动和复制/移动节点 中的移动 都可以移动单元。 由于单元和节点连接着，所以只要使用复制/移动节点移动节点，单元会自动跟着移动。然而使用复制/移动单元移动单元时，单元被移动后其原来所在位置的节点会留在原处，所以还须删除不必要的节点(参照图13)。如果单元象图13一样与其它单元相连接，则须使用复制/移动单元的方法来移动。用复制/移动节点移动节点时，与节点相连接的单元的形状会发生变化。现在要将细部模型移至梁单元中间，此时使用移动单元后无须删除节点的复制/移动节点的移动方法更为方便。
Translate Nodes>Move
Translate Elements>Move 被留在原处的节点
图10. 复制/移动节点和复制/移动单元的比较
3-9
利用
复制/移动节点将细部分析模型移至简支梁的中间。 模型 / 节点 / 复制/移动节点
选择属性-节点 节点 (on)
选择属性>单元类型>板单元 形式>移动 ; 复制和移动>等间距
dx, dy, dz ( 12, 0, 0 )
dx, dy, dz 图 11. 将模型2的细部分析模型移至简支梁中间
3-10
输入边界条件
输入边界条件
输入模型1和模型2的边界条件。左侧为铰支（约束自由度Dx、Dy、Dz、Rx、Rz），右侧为滑动（约束自由度Dy、Dz、Rx、Rz）。 模型 / 边界条件 / 一般支承
单选 (节点 : 1, 1252)
选择>添加 ; 支承条件类型>D-ALL, Rx, Rz (on)
单选 (节点 : 11, 1261)
选择>添加 ; 支承条件类型>Dy, Dz, Rx, Rz (on)
11
① 1 1261
1252
图 12. 输入边界条件
输入刚性连接
为了使模型2中的细部分析部分和梁单元成为一体，对连接部分输入刚性连接条件，以使两部分的自由度相同。使用MIDAS/CIVIL的刚性连接功能，可使各从属节点和主节点拥有相同的自由度。
为了便于将细部分析模型和梁单元进行刚性连接，只激活图12的①。 在这里使用刚性连接功能刚性连接细部模型和整体模型时，为使两部分的力能够传递到截面的形心，将截面的形心设定为主节点，其余的节点设
3-11
平面选择是通过定义平面来选择平面内所有的节点和单元的功能。其中，三点是指通过定义三个点的坐标来定义平面，此时使用鼠标编辑功能输入较为方便。
需要同时输入多个刚性连接时，若这几个刚性连接的位置和第一个入刚性连接的位置并列，可以使用复制刚性连接来输入。
“类型”里提供了四个经常用到的刚性连接形式，可通过简单点击来指定刚性连接的自由度。
定为从属节点。
选择从属节点时，可利用平面选择功能选择从属节点所在的YZ平面。其中X轴坐标可使用鼠标编辑功能，通过点击平面内的任意一点来输入。 窗口选择 (单元 : 图12的 ① 部分)
激活 模型 / 边界条件 / 刚性连接
平面选择
平面>YZ 平面 ; X 坐标 ( 12 )
选择>添加/替换 ; 主节点号 ( 1256 )
复制刚性连接 (on)
方向>x ; 间距 ( 6 ) 类型>刚体
被复制的刚性连接 YZ 平面 1256 图13. 对模型2的细部部分和梁单元输入刚性连接
3-12
输入荷载
在本例题中只将自重考虑为荷载。
设定荷载工况
首先在静力荷载工况中定义荷载工况。 荷载 / 静力荷载工况
名称 (自重 ) ; 类型>恒荷载
图14. 定义荷载工况
输入自重
使用MIDAS/CIVIL的自重功能输入自重。
荷载 / 自重
荷载工况名称>自重
自重系数>Z ( -1 ) ; 操作>添加
图 15. 输入自重
3-13
运行分析
查看结果
建立完简支梁后运行分析。 分析 / 运行分析
查看反力
根据自重在模型窗口中查看反力。 全部激活
结果 / 反力 / 反力/弯矩
荷载工况/组合>ST:自重 ; 反力>FXYZ 显示类型>数值, 图例 (on) 图16. 查看反力
3-14
由于在多边形选择开启状态下，查询功能不起作用，所以需在关闭多边形选择后查看变形值。
查看变形
为了在模型3中将模型1的变形结果以强制位移形式输入，查看模型1中细部模型位置处的变形。
查看变形的位置为整体坐标系X轴12m和18m处(节点5、7)。(细部模型区间为6m) 多边形选择 (单元 : 1to10) 激活 ; 节点号
(on) 结果 / 变形 / 变形形状
荷载工况/荷载组合>ST:自重 反力>DXYZ
显示类型>图例 (on) 图17. 查看模型1的变形 (节点5、7)
节点5、7的变形结果如表1所示。
表 1. 模型1的变形量(节点 5, 7) [单位 : cm, rad] 节点 DX DY DZ RX RY RZ 5 0 0 -2.2693 0 0.00074568 0 7 0 0 -2.2693 0 -0.00074568 0 3-15
建立模型3
下面利用模型1的变形结果建立模型3。先将模式转换为前处理 状态。 前处理
只选择模型2的细部部分，将其沿整体坐标系Z轴方向复制3.5m . 全部激活, 节点号 (off)
模型 / 单元 / 复制/移动单元
多边形选择 (单元 : 细部部分) 形式>复制 ; 复制和移动>等间距
dx, dy, dz ( 0, 0, -3.5 ) ; 复制次数 ( 1 )
选择最新建立的个体 激活
图18. 复制模型2的细部分析模型
3-16
输入刚性连接
为了在细部模型的边界输入强制位移，在模型两端的截面形心处建立节点（主节点）。本例题的截面为正方形，故可利用 分割节点的功能生成该节点。（如图19） 模型 / 节点 / 分割节点
分割>等间距 ; 分割数量 ( 2 )
分割的节点号 ( 1262, 1304 ) ; ( 2463, 2483 ) 2463 1262 2483 1304 图19. 在截面形心生成节点
3-17
在细部模型两端输入刚性连接。
模型 / 边界条件 / 刚性连接
平面选择
平面>YZ平面 ; X 坐标 ( 12 )
选择>添加/替换 ; 主节点号 ( 2502 ) 复制刚体连接 (on)
方向>x ; 间距 ( 6 ) 类型>刚体
YZ 平面 2502 主节点 图20. 设置刚性连接
被复制的刚性连接 3-18
输入强制位移
因为模型1受自重作用，所以在模型3中也需要输入自重，这样自重荷载与输入的强制位移才能满足平衡条件。
强制位移是通过 MIDAS/CIVIL的支座强制位移 功能来输入。
利用模型1的位移结果(参照表1).
竖向位移 : -0.022693 m
旋转位移 : 0.00074568 rad (左侧), -0.00074568 rad (右侧) 其它位移 : 0 m 荷载 / 支座强制位移
单选 (节点 : 2502)
荷载工况名称>自重 ; 选择>添加
位移> Dx ( 0 ) ; Dy ( 0 ) ; Dz ( -0.022693 )
Rx ( 0 ) ; Ry ( 0.00074568 ) ; Dz ( 0 )
单选 (节点 : 2503)
荷载工况名称>自重 ; 选择>添加
位移> Dx ( 0 ) ; Dy ( 0 ) ; Dz ( -0.022693 )
Rx ( 0 ) ; Ry ( -0.00074568 ) ; Dz ( 0 )
2503 2502 图21. 输入强制位移 3-19
运行分析
运行分析. 分析 / 运行分析
查看结果
查看模型3的位移和变形图
由于在细部模型中输入强制位移，等同于将一个很大的荷载施加在模型上，因此若要查看由自重所引起的微小变形是比较困难的(参照图22的①)。在MIDAS/CIVIL中，可通过选择显示相对位移的方式来查看微小变形。 结果 / 变形 / 变形形状
荷载共况/荷载组合>ST:自重 反力>DXYZ
显示类型>变形前,图例 (on)
变形
相对位移 (on)
图 22. 查看变形(关于相对位移的变形)
①
3-20
查看应力
下面查看模型1、模型2和模型3的中点(X=15 m)的应力，并对结果进行比较。
查看模型1的应力图
使用梁单元细部分析功能查看简支梁中央5号单元j端(X=15m)的上缘和下缘的弯曲应力和有效应力。
查看应力时将单位设定为cm(长度), kgf(力). 全部激活 工具>单位体系
长度>cm ; 力>kgf
结果 / 梁单元细部分析
荷载工况/荷载组合>ST:自重
单元号 ( 5 ) 截面应力>σxx 截面 (图23的 ①)
最大应力 : σxx >J (图23的 ②)
②
① 图23. 查看模型1中间部分的弯曲应力
3-21
有关Von-Mises事项请参照在线帮助手册。
查看包含剪切应力效应的有效应力(von Mises stress)。 结果/ 梁单元细部分析
荷载工况/荷载组合>ST:自重
单元号 ( 5 )
截面应力>Von-Mises 截面 (图21的 ①)
最大应力: Von-Mises>J (图24的 ②) ②
①
图24. 查看模型1中央单元的有效应力
模型1中央单元的弯曲应力和有效应力的结果见表2。简支梁中部的弯曲应力和有效应力之所以相同是因为自重作用下不产生剪切应力的结果。
表2. 模型1中部的弯曲应力和有效应力
[单位 : kgf/cm2] 位置 弯曲应力 有效应力 Top -275.09 275.09 Bottom 275.09 275.09
3-22
整体坐标系是输出以整体坐标系为基准的应力，而局部坐标系是输出以单元坐标系为基准的应力，主向量值包含在局部坐标系的选项中。
查看模型2的应力
只激活模型2的板单元查看应力。
板单元是通过在高斯点进行分析后用外插法计算来输出节点处的结果的，因此即使是相同的节点也会根据与其连接的单元的不同而输出不同的计算结果。选项中若选择单元，则输出各单元的节点的计算值；若选择节点平均值，则输出各单元在该节点的计算结果的平均值。通常使用节点平均值，然而需要注意的是，对于水平单元与竖向单元相连接处的节点而言，如果选择节点平均值，则有可能输出毫无意义的结果。(详细资料请参照 在线帮助手册)
下面首先查看弯曲应力。 正面 窗口选择 (单元 : 模型 2, 3的中间部分) 激活,
标准视图 窗口缩放 (模型 2)
结果 / 应力 / 平面应力单元/板单元应力
荷载工况/荷载组合>ST:自重
应力选项>整体坐标系 ; 节点的平均值 ; 板顶，板底 应力>Sig-XX
显示类型>等值线, 图例 (on)
图 25. 模型2中部的弯曲应力
3-23
查看有效应力。 结果 / 应力 / 平面应力单元/板单元应力
荷载工况/荷载组合>ST:自重
应力选项>整体坐标系 ; 节点的平均值 ; 板顶，板底应力>Sig-EFF
显示类型 >等值线, 图例 (on) 图 26. 模型2中部的有效应力
模型2中央部分的弯曲应力和有效应力见下表。 有关有效应力的详细内容请参照在线帮助手册。
表3. 模型2中部的弯曲应力和有效应力
[单位 : kgf/cm2]
位置 弯曲应力 有效应力 Top Bottom
-277.26 277.26
274.12 273.71 3-24
查看模型3的应力
查看弯曲应力和有效应力。 窗口缩放 (模型 2)
结果 / 应力 / 平面应力单元/板单元应力
荷载工况/荷载组合>ST:自重
应力选项>整体坐标系 ; 节点的平均值 ; 板顶，板底 应力>Sig-XX
显示类型>等值线, 图例 (on) 图 27. 模型3中央部分的弯曲应力
3-25
查看模型3中间部分的有效应力。 结果 / 应力 / 平面应力单元/板单元应力
荷载工况/荷载组合>ST:自重
应力选项>整体坐标系 ; 节点的平均值 ; 板顶，板底 应力>Sig-EFF
显示类型>等值线, 图例 (on) 图 28. 模型3中部的有效应力
表4. 模型3中间部分的弯曲应力和有效应力
[单位 : kgf/cm2]
弯曲应力 有效应力 Top Bottom -278.18 278.18
274.62 274.49 百科网 www.bk188.cn 网罗天下 http://www.web17.cn/
3-26
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容