1、单元生死算例 (ANSYS)土木工程中经常需要对施工过程进行模拟。很多复杂工程构件的最不利受力状态往往未必是在结构完工以后，而是在结构施工过程中。由于施工中的结构是一个时变系统，如何进行准确的模拟是一个具有一定难度的问题。本例子将利用 ANSYS 提供的单元“生死“功能来进行一个门式框架的施工模拟施工分为三步1: 建立立柱和临时支撑2: 安装横梁3: 去掉临时支撑知识要点(1) 单元激活和杀死(1) 首先定义以下变量SECTWIDTH=300 !构件截面宽度 300mmSECTHEIGHT=600 !构件截面高度 600mmSECTAREA=SECTWIDTH*SECTHEIGHT !截面面积
2、SECTIYY=SECTWIDTH*3*SECTHEIGHT/12. !截面 Y 轴惯性矩SECTIZZ=SECTWIDTH*SECTHEIGHT*3/12. !截面 Z 轴惯性矩SPAN=24000 !跨度 24mCOLUMNHEIGHT=8000 !柱子高度 8mSLOP=3000 !顶部斜坡 3m(2) 进行施工模拟首先要建立整个结构的模型，然后逐个控制模型中部分构件的“生“或“死“来模拟结构的施工。首先选择单元，为简单起见，选用比较简单的单元（空间 4 号梁单元 Beam 4），在 ANSYS 主菜单 Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete，
3、添加单元 Beam4(3) 在 ANSYS 主菜单 Preprocessor-Real Constants-Add/Edit/Delete 中添加属于 Beam 4 单元的截面信息如下图(4) 在 ANSYS 主菜单 Materials Props-Material Models 中添加混凝土材料属性：Structural-Linear-Elastic-Isotropic，输入弹性模量为 30E3，泊松比为 0.2，Structural-Density，输入密度为 2500E-12(5) 下面建立结构模型，首先建立关键点信息，在 ANSYS 主菜单Preprocessor-Modeling-C
4、reate-Keypoints-In Active CS，依次输入以下关键点：关键点编号 X 坐标 Y 坐标 Z 坐标(6) 选择 ANSYS 主菜单 Preprocessor-Modeling-Create-Lines-Lines-Straight Line，依次连接关键点 14（左立柱），26（临时支撑），35（右立柱），46（左横梁-，56（右横梁），得到结构模型如图(7) 下面进行单元网格划分，进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-ManualSize-Lines-All Lines，设定 NDIV no. of element d
5、ivision 为 1，即所有的直线只划分为一个单元。(8) 进入 ANSYS 主菜单 Preprocessor-Meshing-Mesh-Lines，对所有直线划分单元(9) 至此完成所有的建模操作，可以在 ANSYS 窗口顶部菜单 PlotCtrls-Style-Size and Shape，将 Display of element 设置为 ON，得到结构如图(10) 下面开始给结构添加边界条件。首先进入 ANSYS 主菜单 Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement-On Keypoints，选择关键点 1、2、3，选择位移约束
6、为 ALL DOF。(11) 下面添加重力荷载，进入 ANSYS 主菜单 Solution-Define Loads-Apply-Structural-Inertia-Gravity-Global，设定加速度为延 Y 轴9.8E3(12) 进入 ANSYS 主菜单 Solution-Analysis Type-New Analysis，选择分析类型为 Static，进入 ANSYS 主菜单 Solution-Analysis Type-Soln Controls，首先在基本分析选项（Basic）里面设定分析类型为大位移分析（Large displacement analysis），分析预期荷载
7、子步数为 3，最小子步数为1。接着进入 Nonlinear 页面，选择 Set convergence criteria 按钮，进入收敛标准设置窗口，在 Nonlinear convergence Criteria 窗口中点击 Edit 按钮，设置收敛标准为力(Force)的 2 范数(L2 Norm)标准，误差容限为 0.001。(13) 下面进行施工模拟。我们前面提过，在施工模拟的第一步，我们施工好两个立柱和中间支撑，还没有施工横梁。所以在第一步分析中我们要“杀死“两个横梁单元。在 ANSYS 主菜单 Solution-Load Step Opts-Other-Birth & Death-
8、Kill Elments，点击两个横梁单元，将它们杀死。(14) 下面进行第一步求解，进入 ANSYS 主菜单 Soluion-Solve-Current LS，求解当前荷载步(15) 选择 ANSYS 顶部菜单 Select-Entities，设定选取单元的方式为选取所有“活着“ 的单元，进入 ANSYS 主菜单 General Postproc-Plot Results-Deformed Shape，得到目前单元的变形如图。(16) 下面开始施工横梁。进入 ANSYS 主菜单 Solution-Analysis Type-Restart。继续上一步计算(17) 在 ANSYS 窗口顶部菜单
9、 Select-Everything，选择所有单元。在 ANSYS主菜单 Solution-Load Step Opts-Other-Birth & Death-Active Elements，点击两个横梁单元，将其“激活“(18) 下面进行第二步求解，进入 ANSYS 主菜单 Soluion-Solve-Current LS，求解当前荷载步(19) 进入 ANSYS 主菜单 General Postproc-Plot Results-Deformed Shape，得到当前单元的变形如图。(20) 最后一步我们要拆去中间支撑。进入 ANSYS 主菜单 Solution-Analysis Typ
10、e-Restart。继续上一步计算(21) 在 ANSYS 主菜单 Solution-Load Step Opts-Other-Birth & Death-Kill Elements，点击中间临时支柱，将其“杀死“(22) 下面进行第三步求解，进入 ANSYS 主菜单 Solution-Solve-Current LS，求解当前荷载步(23) 选择 ANSYS 顶部菜单 Select-Entities，设定选取单元的方式为选取所有“活着“ 的单元，进入 ANSYS 主菜单 General Postproc-Plot Results-Deformed Shape，得到目前单元的变形如图。此时得到结构的最大变形为91.437mm(24) 如果不考虑施工过程，则最大变形将有所不同，如图所示
