1、 例题 开口部详细分析 3 例题. 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 例题 开口部详细分析 4 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
2、的 梁构 件和 开口 部的 详细 分析 模型 Z X 0.6 m A B C D R=1.0 m 梁单元区 间 梁单元区 间 板单元详 细模型 区 间 50kN/m 例题 开口部详细分析 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.
3、在图标菜单点击 正面 注： 在 修改视角标记 后点击 键，则可以省 略第 5 阶段。 例题 开口部详细分析 6 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 例题 开口部详细分析 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
4、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 )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.
5、 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 例题 开口部详细分析 8 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。
6、 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 截面 输入 栏 输入截面号999 8. 在 生成形 式 输入栏选择 旋转 9. 在 复制次 数 输入栏输入 8 10. 在 旋转角 度 输入栏输入 90/8 例题 开口部详细分析 9 11. 在 旋转轴 选择 栏选择 z- 轴 12. 在 第 一点 输 入栏输入 0,
7、 0, 0 13. 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4)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 例题 开口部详细分析 10 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
8、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 ) 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
9、 割 删除 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 注：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 MIDAS/Gen的数值分析模 型 单元种类和主要考虑 事项 板单元 例题 开口部详细分析 11 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 注：在工具 参数设 置菜单，为了用户操 作方便可以改变MIDA S/Gen的初期操
10、作环 境。 ( 栅格、捕捉、数据 例题 开口部详细分析 12 4：主菜单选择 模型单元 分割 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 )选择 分割单 元 2. 在图标菜单使用 用交叉线选择 选择 A 3. 在 单元类 型 选择栏选择 平面 领域的板单元( 单元 9 到 16) 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 9. 在 分割数 量 x 以及 y 输入栏分别输入 4 领域的
11、单元 17 10. 点击 键 11. 选择 C 和 12. 在 X 方向 分割 数量 输入栏输 入 4 D 领域的单元 18, 19 13. 在 Y 方向 分割 数量 输入栏输 入 2 14. 点击 键 Toggle on 例题 开口部详细分析 13 图9 分割 腹部 的板 单元 5：主菜单选择 模型单元 建立 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 )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 截面 输入 栏 输入截面号998 4. 点击 交叉分 割
12、/ 节点 表示 5. 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 6. 连接节点 2 和 8 来输入临时梁 7. 在 截面 输入 栏 输入截面号997 8. 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 例题 开口部详细分析 14 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 镜像 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)选择 镜像单 元 4. 在 形式
13、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 例题 开口部详细分析 15 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) 4. 在 特性值 截面
14、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 例题 开口部详细分析 16 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
15、择 2 : 0.015000 18. 点击 键 19. 与步骤1216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 例题 开口部详细分析 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
16、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 例题 开口部详细分析 18 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
17、生成 节点 注：没有输入的轴的 其它坐标值会默认定 为 0 。 例题 开口部详细分析 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, tw , tf1 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
18、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 例题 开口部详细分析 20 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)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 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 例题 开口部详细分析 21 2主菜单选择 模型边界条件刚性连接 利用 刚性连接 功
19、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) 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 39 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
20、on 例题 开口部详细分析 22 图17 设置 刚性 连接 例题 开口部详细分析 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 例题 开口部详细分析 24 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 ) 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 例题 开口部详细分析 25 1主菜单选择
21、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 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
22、. 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1718相同的方法查看 节点 荷载 注：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。 例题 开口部详细分析 26 图20 在开 口部 详细 模型 输入 集中 荷载 例题 开口部详细分析 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
23、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 6. 点击 键 例题 开口部详细分析 28 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
24、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 注： 在Plate Edge Polygon Select 指定 包 含需 要查看 的截面 的多边形 。 例题 开口部详细分析 29 图22 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506.2kNm，结果相同。
