1、悬臂梁和简支梁北京迈达斯技术有限公司目 录建立模型设定操作环境 2定义材料 4输入节点和单元 5输入边界条件 8输入荷载 9运行结构分析 10查看反力 11查看变形和位移 11查看内力 12查看应力 14梁单元细部分析 15表格查看结果 16建立模型设定操作环境 19建立悬臂梁 20输入边界条件 21输入荷载 21建立模型建模 23输入边界条件 24输入荷载 24建立模型建立两端固定梁 26输入边界条件 27输入荷载 28建立模型1-1摘要本课程针对初次使用MIDAS/Civil的技术人员，通过悬臂梁、简支梁等简单的例题，介绍了MIDAS/Civil 的基本使用方法和功能。包含的主要内容如下。
2、 1. MIDAS/Civil的构成及运行模式2. 视图(View Point)和选择(Select)功能 3. 关于进行结构分析和查看结果的一些基本知识(GCS, UCS, ECS等)4. 建模和分析步骤(输入材料和截面特性、建模、输入边界条件、输入荷载、结构分析、查看结果)使用的模型如图1所示包含8种类型，为了了解各种功能分别使用不同的方法输入。图1. 分析模型悬臂梁、两端固定梁 简支梁 1 2 3 4 5 6 7 862 = 12 m截面 : HM 44030011/18材料 : Grade31-2建立模型 设定操作环境首先建立新项目( 新项目)，以Cantilever_Simple.m
3、cb 为名保存( 保存) 。文件 / 新项目 文件 / 保存( Cantilever_Simple )单位体系是使用tonf(力), m(长度 )。1. 在新项目选择工具 单位体系 2. 长度 选择m, 力(质量) 选择tonf(ton) 3. 点击工具 / 单位体系 长度m ; 力tonf 本例题将主要使用图标菜单。默认设置中没有包含输入节点和单元所需的图标，用户可根据需要将所需工具条调出，其方法如下。 1. 在主菜单选择工具 用户定制工具条2. 在工具条选择栏勾选节点, 单元, 特性 3. 点击 4. 工具 用户定制 工具条工具条节点 (开), 单元 (开), 特性 (开)图2. 工具条编
4、辑窗口 也可使用窗口下端的状态条(图3(b)来转换单位体系。 1-3将调出的工具条参考图3拖放到用户方便的位置。（a）调整工具条位置之前（b）调整工具条位置之后图3. 排列工具条 移动新调出的工具条时，可通过用鼠标拖动工具条名称(图3(a)的 )来完成。对于已有的工具条则可通过拖动图3(a)的来移动。轴网 钢材规范GB(S) ; 数据库Grade3 图4. 输入材料数据 也可不使用图标菜单而使用关联菜单的 材料和截面特性 材料 来输入。关联菜单可通过在模型窗口点击鼠标右键调出。 使用内含的数据库时，不需另行指定材料的名称，数据库中的名称会被自动输入。 设计类型中包括钢材、混凝土、组合材料(SR
5、C)、用户定义等4种类型，包含的规范有GB(中国), ASTM（美国）, JIS（日本）, DIN（德国）, BS（英国）, EN（欧洲）, KS（韩国）等。 1-5定义截面模型 / 材料和截面特性 / 截面数据库/用户 ; 截面形状工字形截面 ; 数据库; 数据库KS截面名称H 44030011/18 偏心中心 图5. 输入截面数据输入节点和单元 Civil是为分析三维空间结构而开发的，对于二维平面内的结构需约束不需要的自由度。对此可通过选择结构类型简单地处理。本例题的模型处于整体坐标系(Global Coordinate System, GCS)的X-Z平面， （自动约 束Y 方向的位移和
6、绕X轴和Z轴的转动)。故可将结构指定为二维结构(X-Z Plane)。模型 / 结构类型结构类型X-Z 平面建模之前先简单介绍一下鼠标编辑功能。 在建立、复制节点和单元或者输入荷载等建模过程中，需输入坐标、距离、节点或单元的编号等数据，此时可使用鼠标点击输入的方式来代替传统的键盘输入方式。 用鼠标点击一下输入栏，其变为草绿色时，即可使用鼠标编辑功能。对于大部分前处理工作都可使用鼠标编辑功能，用户手册或例题资料中的 标志即表示该处可使用鼠标编辑功能。XYZ1-6为使用鼠标编辑功能需将捕捉功能激活，根据需要也可定义用户坐标系 (User-defined Coordinate System, UCS
7、)。 点栅格是为了方便建模而在UCS的x-y平面内显示的虚拟参照点。激活点栅格捕捉功能，鼠标就会捕捉距离其最近的参照点。正面, 点格 (开), 捕捉点 (开) 捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开)模型 /用户坐标系统 / X-Z平面 坐标 原点 ( 0, 0, 0 ) 旋转角度 角度 ( 0 ) 图6. 各种被激活的捕捉功能图标以及GCS和UCS对于模型，采用先建立节点后再利用这些节点建立单元的方法来建模。 节点号 (开), 单元号 (开)模型 / 节点 / 建立节点 坐标 ( 0, 0, 0 ) 捕捉功能的详细说明请参考在线帮助手册。 点栅格的间距可在 模型定义轴网定义点格中调整。 处于开启
8、状态的捕捉功能UCS GCS点 格 单元的1/2 捕捉功能被激活时，鼠标就会捕捉单元的中点，另外也可将其设置为1/3或1/5。 单元1/2 捕捉1-7图 7. 在原点 (0, 0, 0)建立节点图 7. 在原点(0, 0, 0)建立节点将建立的节点复制到梁单元的各节点位置。(将12m长的梁单元分割成6等分) 自动对齐 (开) 模型 / 节点 / 移动和复制 单选 (节点 : 1 ) 移动和复制 等间距 dx, dy, dz ( 2, 0, 0 ) ; 复制次数 ( 6 ) 图 8. 复制节点 开启自动对齐可将新建立的节点、单元及整个模型自动缩放使其充满窗口。 输入dx, dy, dz等两节点间
9、距离时可使用鼠标编辑功能通过连续点击相应节点来方便地输入。 (0, 0, 0) 状态条的U指UCS, G指GCS。 62 = 12 m 点栅格间距的默认值为0.5m，可以此确认复制的节点间的距离是否正确。1-8在 捕捉点 被激活的状态下利用 建立单元 功能输入梁单元 勾选交叉分割(图9的)的话，即使直接连接单元的起点(节点1) 和终点(节点 7)，在各节点处还是会自动分割而生成6个单元。模型/ 单元 / 建立 单元类型 一般梁 / 变截面梁材料1 : Grade3 ; 截面1 : HM 440x300x11/18 交叉分割 节点 (开) ; 节点连接 ( 1, 7 ) 图9. 输入梁单元输入边
10、界条件使用一般支承输入边界条件，即将节点1的Dx, Dz, Ry 自由度约束使其成为悬臂梁。 因为已将结构类型定义为了X-Z平面，故不需对Dy, Rx, Rz自由度再做约束。MIDAS/Civil是三维空间结构分析程序，故每个节点有6个自由度(Dx, Dy, Dz, Rx, Ry, Rz)。如图 10所示，这6个自由度在模型中是由 6个三角形按顺序组成的6边形表现的，被约束的自由度其三角形颜色会变成绿色，以便区分。 输入单元时使用鼠标编辑功能的话，点击节点的同时会生成单元，故不需另行点击键。 点击 消隐 可如图显示输入的梁单元的实际形状。 1-9单元号 (关)模型 / 边界条件 / 一般支承单
11、选 (节点 : 1 )选择 添加 支撑条件类型Dx (开), Dz (开) , Ry (开) 图10. 输入边界条件 (固定端)输入荷载输入节点荷载、梁单元荷载、压力荷载等荷载前，需先定义静力荷载工况(Static Load Case)。 荷载 / 静力荷载工况名称 ( NL ) ; 类型用户定义的荷载图11. 定义荷载工况DxDyDzRxRyRz 右上角(Dx)代表节点坐标系(未定义节点坐标系时为整体坐标系) x轴方向的位移自由度，并按顺时针方向分别代表y、z 方向位移及绕x、y、 z轴的转动位移。1-10在悬臂梁中央（节点4）输入大小为1 tonf的节点荷载。 荷载 / 节点荷载 单选 (
12、 节点 : 4 ) 荷载工况名称NL ; 选择添加 ; FZ ( -1 ) 图12. 输入节点荷载运行结构分析建立悬臂梁单元、输入边界条件和荷载后，即可运行结构分析。分析/ 运行分析 节点荷载的方向为 GCS的Z轴的反方向，故在FZ输入栏中输入-1。荷载的加载方向按+, -号来输入。加载方向GCS Z轴1-11查看反力 查看反力的步骤如下。由结果可以看出分析结果与手算的结果一致。 （竖向反力1tonf，弯矩6 tonf*m）结果 / 反力 / 反力/弯矩 荷载工况/荷载组合ST:NL ; 反力FXYZ 显示类型 数值 (开) ; 图例 (开) 图13. 查看反力查看变形和位移查看集中荷载的位移
13、。 节点号 (关)结果 / 位移 / 变形形状 荷载工况/组合ST:NL ; 内力组成DXYZ 显示组成 变形 (开) ; 变形前 (开) 图例( 开) 数值小数点 ( 3 ) ; 指数型 (开) 最大值最小值最大绝对值 ; 显示范围(%) ( 1 ) 选择FXYZ 可同时查看水平反力和竖向反力。 选择数值可在窗口显示结果的大小，选择图例可在窗口右侧查看最大、最小值。 数值荷载节点1的反力结果图例快速查询 如要在模型窗口显示施加的荷载，可点击 显示， 在 荷载表单选择相应荷载类型(这里选择节点荷载)和荷载值即可。 在后处理模式中开启 快速查询 (Fast Query )的话，鼠标所在的节点或单
14、元的相关分析结果就会在画面上显示。 DXYZ = 2DZYX 输出小数点后3位数。 选择 最大和最小值 的话，在显示范围内(%)的结果就会在画面显示。1-12图14. 查看变形形状查看内力构件内力根据相应单元的单元坐标系输出 。首先确认单元坐标系，并查看弯矩。图15中My为弯矩，Fz为剪力，Fx为轴力。显示荷载荷载值 , 节点荷载 (关) 单元单元坐标轴 (开) 初始画面 ; 隐藏(开)图15. 确认单元坐标系 取消之前显示的节点荷载。 将单元坐标系显示于画面。 回到初始画面状态。 对于单元坐标系的说明请参考在线帮助手册。单元坐标系1-13下面查看悬臂梁中点作用集中荷载时的弯矩。 结果 /内力
15、 / 梁单元内力图 荷载工况/荷载组合ST:NL ; 内力My显示选项5 点 (开) ; 线涂色 (开) ; 系数 (1)显示类型 等值线图 (开) ; 图例 (开) 图16. 查看弯矩查看弯矩后查看剪力。结果 / 内力 / 梁单元内力图 荷载组合/荷载工况ST:NL ; 内力Fz显示选项5 点 (开) ; 线涂色 (开) ; 系数 (1)显示类型 等值线图 (开) ; 数值 (开) 图例(开) 数值小数点 ( 3 ) ; 指数型 (关) 最大值最小值最大绝对值 (开) ; 显示范围(%)( 1 ) 通过内力图查看构件内力。1-14图17. 结构的剪力图查看应力构件的应力成分(Componen
16、ts) 中 Sax为轴力产生的沿单元坐标系x轴方向的轴向正应力, Ssy, Ssz分别为剪力产生的沿单元坐标系y, z轴方向的剪切应力 ,Sby, Sbz分别为绕单元坐标系z轴和y轴弯矩产生的的弯曲正应力。 Combined为组合应力，显示Sax Sby Sbz中的最大或最小值。下面选择Sbz成分查看弯曲正应力。 结果 / 应力 / 梁单元应力 荷载工况/荷载组合ST:NL ; 应力Sbz显示类型 变形(开) ; 图例 (开) 1-15图18. 查看梁单元的弯曲正应力梁单元细部分析（Beam Detail Analysis）进行完一般静力分析(移动荷载分析、反应谱分析除外)后，可使用梁单元细部
17、分析(Beam Detail Analysis)查看梁单元细部的位移、剪力、弯矩、最大应力的分布及截面内的应力分布等。在梁单元细部分析画面的下端选择截面表单，图形上就会给出左侧截面应力(Stress Section, 图 19的 )栏中选择的相应应力类型的结果1。详细内容请参考在线帮助手册。 结果 / 梁单元细部分析荷载工况/荷载组合ST（NL）; 单元号 ( 1 )截面应力Von-Mises 图19. 查看梁的详细分析结果 可通过移动图19的，查看梁单元i端到j端任意位置的结果。 1-16表格查看结果MIDAS/Civil可以对所有分析结果通过表格来查看。 对于梁单元，程序会在5个位置(i,
18、 1/4, 1/2, 3/4, j)输出结果。这里对13号单元的 i端和j端的结果进行查看。 结果 / 分析结果表格 / 梁单元 / 内力节点或单元 (1to3)荷载工况/组合NL（ST） (开) 位置号 位置 i(开), 位置 j(开 ) 图20. 激活纪录对话框图21. 1 3号梁单元的构件内力对于表格输出的结果可以按递增或递减的顺序进行排序。 排序时在表格上点击鼠标右键调出排序信息对话框后，将要作为排序标准的列的名称从左侧移动到右侧，并通过排序(Priority, 图22的)功能调整各项的优先顺序。 11-17排序对话框表格弯矩 -y 分类Asc|弯矩 -y (开) ; 排序 向上 钩选
19、Asc|弯矩-y的话，会按递增顺序排列，取消钩选的话则按递减顺序排列。 C1-18图22. 排序信息对话框下面介绍指定分析结果表格形式的方法。在类型对话框中可对结果的小数点位置、列宽、数值的对齐方式等进行调整。 类型对话框弯矩-y格式 指数形式 ; 小数点 (2) 图23. 设定表格类型的对话框及结果 可选择指数形式输出结果。 11-19另外还可按荷载工况查看梁单元的构件内力(弯矩、剪力)。1. 在关联菜单(鼠标点击右键)选择按荷载工况查看 2. 在显示项中只勾选剪力-z， 弯矩-y 3. 在显示荷载工况栏中勾选 NL(ST) 4. 点击图24. 按荷载工况查看梁单元的构件内力 在表格下端根据
20、选择的项目会有不同的表单，各表单分别显示相应内容的分析结果。 1-20建立模型 2设定操作环境MIDAS/Civil是由以下两种模式组成的。 前处理模式 : 建立模型并输入荷载、边界条件等 后处理模式 : 查看结果及输出结果由于要在与模型 相同的文件里建立模型 ，故需将已进行完结 1 2构分析而处于 后处理模式的状态转换到 前处理模式。 前处理模式 正面图25. 转换模式1-21建立悬臂梁模型 使用的材料和截面特性与模型 相同，在这里使用建立单 2 1元(Create Elements)功能输入一个梁单元后，通过分割单元( Divide Elements)功能将其等分为 6个梁单元。 对已分析
21、的模型进行编辑的话，会出现如下对话框询问是否要删除分析结果。此时若要删除分析结果，可选择是；若想保留分析结果，可将原文件以别的名称另存为新的文件后再进行编辑。这里选择删除。在距离节点1和节点7用户坐标系UCS y方向(GCS Z) -3 m的位置输入节点8和节点9。 节点号 (开) 模型 / 单元 / 建立 单元类型 一般梁/变截面梁材料1 : Grade3 ; 截面1 : HM 440x300x11/18 节点连接 ( 8, 9 ) 图26. 输入单元 1-22下面将输入的梁单元使用 分割单元功能等分为6个梁单元。 单元号 (开) ; 隐藏 (关)模型 / 单元 / 分割单元 选择最新建立的
22、个体 分割单元类型 线单元 ; 等间距分割数量 ( 6 ) 图27. 输入6个等间距梁单元输入边界条件输入悬臂梁固定端的边界条件。 模型/ 边界条件 / 一般支承单选 ( 节点 : 8 ) 支承条件类型Dx (开) ; Dz (开) ; Ry (开) 输入荷载对模型 输入均布荷载，但首先需定义静力荷载工况。 2荷载 / 静力荷载工况名称 ( UL ) ; 类型用户定义的荷载（USER） 使用 选择最新建立的个体 功能可选择最近建立的节点和单元。1-23图28. 输入静力荷载工况使用梁单元荷载功能输入均布荷载。 节点号 (off)荷载/ 梁单元荷载窗口选择 ( 单元 : 7 12 )荷载工况名称
23、UL ; 选择添加荷载类型 均布荷载 方向整体坐标系 Z ; 投影否 ; 数值相对值 x1 ( 0 ) ; x2 ( 1 ) ; w ( -1 ) 显示荷载荷载值 , 梁单元荷载 (on) ; 视图标签方向 (0) 图29. 输入均布荷载 在图29的可选择集中荷载、均布荷载、梯形荷载、均布扭矩等荷载类型。 这里省略结构分析和查看结果的过程1-24建立模型 3建模模型 采用先建立一个2m长的梁单元后，将其按照UCS的x 方向 3以2m间距复制5次的方法来建模。 前处理模式 全部激活, 正面节点号 (开)显示荷载荷载值 , 梁单元荷载 (关) ; 模型 / 单元 / 建立 单元类型 一般梁/变截面
24、梁材料1 : Grade3 ; 截面1 : HM 440x300x11/18 节点连接 ( 15, 16 ) 图30. 输入单元 将输入的单元利用 移动/复制单元 功能复制。 模型 / 单元 / 复制和移动选择最新建立的个体形式复制 ; 移动和复制等间距 dx, dy, dz ( 2, 0, 0 ) ; 复制次数 ( 5 ) 1-25图31. 输入模型 3输入边界条件模型 / 边界条件 / 一般支承 单选 ( 节点 : 15 ) 支承条件类型Dx (开) ; Dz (开) ; Ry (开) 输入荷载这里将对模型 利用梁单元荷载（连续）输入梯形荷载。 3荷载 / 静力荷载工况名称 ( NUL )
25、 ; 类型 恒荷载荷载 / 梁单元荷载（连续） 荷载工况名称NUL ; 荷载类型梯形荷载方向整体坐标系 Z ; 投影否 ; 数值相对值x ( 0 ) ; x2 ( 1 ) ; w1 ( -2 ) ; w2 ( -1 )加载区间 ( 15, 21 )1-26输入模型 的均布荷载时使用的梁单元荷载（单元）和在这里使 2用的梁单元荷载（连续）的差异如下图所示。即前者是对各个单元施加荷载，而后者是对指定了起点和终点的一条直线，将其作为一个整体来加载。 图32. 梁单元荷载（单元）和梁单元荷载（连续）的差异图33. 输入梯形荷载结构分析和查看结果的方法请参考模型 的内容。 1梁单元荷载（单元）梁单元荷载
26、（连续） 将节点15和21 指定为荷载的加载区间，并输入梯形荷载的大小(-2, -1)。1-27建立模型 4建立两端固定梁这里采用先建立一个节点后，将该节点进行扩展来建立梁单元的方法建模。前处理模式 ; 正面节点号 (开 )模型 / 节点/ 新建坐标 ( 0, -9, 0 ) 图34. 输入节点 将新建的节点利用 扩展（Extrude Elements）功能向UCS 的x轴方向扩展成6个梁单元。模型 / 单元 / 扩展 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 : H 44030011/18生成形式 移动和复制 ；复制和移动等间距 dx, dy, dz ( 2, 0, 0 ) ; 复制次数 ( 6 ) 扩展单元(Extrude Elements)的功能是将节点、线单元、面单元分别扩展成为更高次的线(l梁)单元、面(板)单元和实体单元的功能。 1-28图35. 输入模型 4输入边界条件输入两端固定的边界条件。模型 / 边界条件 / 一般支承单选 ( 节点 ; 22, 28 )支承条件类型Dx (开), Dz (开), Ry (开) 图36. 输入两端固定的边界条件固定端 固定端
