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1.四边支撑玻璃
2.四点支撑玻璃
3.全玻
4.铝板带加强筋
5.石材
6.预埋件
7.雨棚结构
8.主横梁计算
9.单索体系
10.索杆体系
四边支撑玻璃计算：
一、按规范计算过程：
玻璃分格（b ×h ）1260mm ×3700mm,玻璃类型为隐框中空玻璃，玻璃配置为：6mmLow-e 玻璃+12A+6mm 玻璃。综合考虑本工程风荷载及板块分格等因素，取东立面A17-A18轴标高30.000m, 地面粗糙度为B 类,查《建筑结构荷载规范》得：阵风系数637.1=gz β，风压高度变化系数：421.1=z μ。
2、玻璃强度及挠度计算
在垂直玻璃平面的水平荷载组合作用下，最大弯曲应力计算（按四边简支板算）： 短边：a=1260mm ， 长边：b=3700mm A=1.26×3.7=4.66 m 2 风荷载标准值：
k w =βgz ×μS ×μZ ×w 0=1.637×2.0×1.421×0.3=1.396kN/㎡ 风荷载设计值:
k w w w ×=γ=1.4×1.396=1.954 kN/㎡ 6mm 厚单片玻璃自重标准值：
k Ak G t G ××=1=1×0.006×25.6=0.154 kN/㎡ 6mm 厚单片玻璃水平地震作用标准值：
Ak E Ek G a q max β=/A=5.0×0.08×0.154=0.062 kN/㎡ 6mm 厚单片玻璃水平地震作用设计值： Ek E q q 3.1==1.3×0.062=0.08 kN/㎡
中空玻璃外片玻璃分配系数：
3
3
3
3
2
3
13
1
6
661.11.1+×=+×t t t =0.55 中空玻璃内片玻璃分配系数：
3
3
3
3
2
3
13
2
6
66+=+t t t =0.5 分配到外片玻璃上的风荷载标准值：
55.0×k k w w ＝外=1.396×0.55=0.77 kN/㎡ 分配到外片玻璃上的风荷载设计值： 77.0×w w ＝外=1.4×0.77=1.07 kN/㎡
分配到外片玻璃上的荷载组合标准值：
Ek k k q w S 5.0+外外＝=0.77+0.5×0.062=0.80 kN/㎡ 分配到外片玻璃上的荷载组合设计值：
E q w S 5.0+外外＝=1.07+0.5×0.08=1.11 kN/㎡ 分配到内片玻璃上的风荷载标准值： 5.0×k k w w ＝内=1.396×0.5=0.70 kN/㎡ 分配到内片玻璃上的风荷载设计值：
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7.0×w w ＝内=1.4×0.7=0.98 kN/㎡
分配到内片玻璃上的荷载组合设计值：
E q w S 5.0+内内＝=0.98+0.5×0.08=1.02 kN/㎡ a/b=0.341， 查表得 弯矩系数：m =0.117 挠度系数：μ =0.01209
①中空玻璃外片玻璃强度计算： 折减系数：
4
1
4Et a S k 外=
θ56.216
1072.012601080.04
543-=××××= 查表，得折减系数： η= 0.914
最大弯曲应力值：
ησ2
1
2
6t a mS 外外=
914.06
12601011.1117.06223-×××××==31.55 N/mm 2
< 84 N/mm 2 强度满足要求。
②玻璃挠度计算： 中空玻璃折算厚度
33
23195.0t t t e +=mm 2.76695.0333=+=
4
4e
k Et a w =
θ37.182
.71072.0126010396.14
54
3-=××××= 查表，得折减系数： η=0.927 刚度系数
6
2
3523
103.2)
2.01(122.71072.0)-1(12×=?××==νe Et D ημD a w d k f 4=mm 0.17927.010
3.2126010396.101209.064
3-=×××××=
<2160
126060==a mm 挠度满足要求。 综上6mmLow-e 玻璃+12A+6mm 玻璃，其强度、挠度都能满足设计要求。
二、ansys 计算过程：
1．刚度验算：
中空玻璃等效厚度为33
23
195.0t t t e +=mm 2.76695.0333=+= 计算依据：
尺寸：1260×3700×7.2mm
支撑条件：四边简支
材料特性：E=0.72e5 N/mm 2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm 3 荷载条件：按规范取风荷载标准值k w =1.396e-3 N/mm 2
建模：（四条边z 向支撑，再在左边两角点加x 向支撑，下面两角点加y 向支撑）
扰度计算结果：
扰度最大值DMX=16.842 <
2160
1260
60==a mm 满足规范要求。 规范计算结果为17 mm ，与ansys 计算结果偏差不大，可以采用。
2．强度计算：
中空玻璃内外片厚度均为6mm ，因外片所受荷载大 ，只验算外片即可。 计算依据： 尺寸：1260×3700×6mm 支撑条件：四边简支
材料特性：E=0.72e5 N/mm 2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm 3
荷载条件：分配到外片玻璃上的荷载组合设计值E q w S 5.0+外外＝=1.11e-3 N/mm 2
强度计算结果：
强度最大值SMX=28.868 N/mm 2<84 N/mm 2
满足规范要求。
规范计算结果为31.55 N/mm 2，与ansys 计算结果偏差不大，可以采用。另外从ansys 计算结果偏小可以看出规范计算更为保守安全。
Ansys 计算四边支撑玻璃的问题思考：
1．由于计算的是中空玻璃，用ansys 模拟中空玻璃比较复杂，针对工程应用，我是按照规范的算法（即分别计算内片跟外片）对玻璃进行了强度计算。扰度计算也是按照规范算法（即采用等效厚度）进行的验算。从结果对比来看，扰度值比较接近，可以认为计算正确，没有问题；而强度值ansys 计算稍微偏小，经查规范，主要原因在于规范计算强度是先按照小扰度理论进行计算，再考虑玻璃变形过大引起的几何非线性，引入一个折减系数对玻璃的应力进行折减。规范明确表明其编制的折减系数表为了安全稳妥，“取了较计算结果偏安全的数值，留有充分的余地”，故可以认为ansys 计算强度偏小一点是符合实际情况的。
2．计算时建议先计算中空玻璃的扰度，以确定是否采用大扰度理论进行计算，如果用等效厚度计算所得的扰度大于玻璃厚度，则应改用大扰度理论进行重算，同时在强度计算时因为是分别计算外片和内片的强度，此时的扰度并不可信（强度计算是主要目的），在刚度计算后确定采用大扰度理论的话，此时的强度计算也应采用大扰度。如果刚度计算表明玻璃扰度较小，可以采用小扰度理论进行，则此时建议采用小扰度理论计算内片和外片的强度（偏于安全）。
3．夹胶玻璃的计算也可以参照以上算法。
以下是扰度计算的命令流：
/PREP7
ET,1,SHELL63
R,1,7.2, , , , , ,
RMORE, , , ,
RMORE
RMORE, , MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,0.72e5
MPDATA,PRXY,1,,0.2
RECTNG,0,1260,0,3700,
CM,_Y,AREA
ASEL, , , , 1
CM,_Y1,AREA
CMSEL,S,_Y
CMSEL,S,_Y1
AATT, 1, 1, 1, 0, CMSEL,S,_Y
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,1
AESIZE,P51X,100,
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
CM,_Y,AREA
ASEL, , , , 1
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
/UI,MESH,OFF
FINISH
/SOL
ANTYPE,0
ANTYPE,0
NLGEOM,1
OUTRES,ERASE
OUTRES,ALL,1
FLST,2,4,4,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-4
/GO
DL,P51X, ,UZ,
FLST,2,2,3,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,4
/GO
DK,P51X, , , ,0,UX, , , , , ,
FLST,2,2,3,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-2 /GO
DK,P51X, , , ,0,UY, , , , , , FINISH
GPLOT
/POST1
FINISH
/SOL
FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,1
/GO
SFA,P51X,1,PRES,1.396e-3 SOLVE
FINISH
/POST1
四点支撑玻璃计算：
一、按规范计算过程：
雨篷玻璃计算：
取标高3.75m 处雨篷进行计算。地面粗糙度为B 类,查《建筑结构荷载规范》得：阵风系数398.2=gz β，风压高度变化系数：740.0=z μ。
1．玻璃面板计算：
采用10+1.52PVB+10半钢化夹胶点玻
玻璃板块尺寸:1250×2550mm 开孔边距125mm 计算尺寸：a ×b=1000mm ×
2300mm
风荷载计算：
体形系数： μS =-2.0 根据公式4.1和表4.2得
k w =βgz ×μS ×μZ ×w 0=2.398×0.74×2.0×0.3=1.06 kN/m 2 风荷载标准值为k w =1.06kN/m 2 风荷载设计值为w =1.49kN/ m 2
外片玻璃: （内片与外片一样,所以只需要计算外片） 自重设计值:
G q =1.2×G 1ak ＝1.2×25.6×10＝307.22
/m N （一般情况）
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G q =1.0×G 2ak ＝1.0×25.6×10＝2562
/m N （重力荷载对结构有利时） 施工荷载标准值：sk3q =0.52/m kN
施工荷载设计值：s q =1.4×3sk q ＝1.4×0.5＝0.72/m kN ①自重+风荷载(向上)：
S ′=0.256-0.5×1.06＝-0.2742
/m kN S =0.256-0.5×1.49＝-0.4892/m kN ②自重+施工荷载：
S ′=0.307+0.5×0.5＝0.5572
/m kN
S =0.307+0.5×0.7＝0.6572
/m kN
由上计算可知荷载组合②自重+施工荷载为最不利荷载组合，采用此荷载组
合进行玻璃板验算：
2.玻璃强度验算： (1)玻璃强度验算
短长边之比：a/b=0.41
查表5.1得弯矩系数：m=0.1293 折减计算系数θ计算：
65.2110
2300557=××××==?4
54
644'100.7210Et b S θ 可以查出其折减系数η=0.913 则玻璃截面设计最大应力值为： 由公式（5.3）得：
η
t 6mSb σ22
=
=2
2
31006102300657.01293.913.0×××××?
=24.62N/mm2＜56N/mm2
外片强度满足要求(其中56N/mm2为5-12mm 厚半钢化玻璃大面强度设计值)。 3.玻璃挠度验算：
又由短长边之比：a/b=0.43
查表5.3知道挠度系数μ=0.01382 夹胶玻璃的计算厚度te ：
mm 1010t t t 33333
231e 60.12=+=+=
4
4'2e
Et b S =θ18.1760.121072.023*******.02454
3-=×××××= 查表，得折减系数： η=0.931 刚度系数：
)ν12(1Et D 23
e ?==)0.2(112100.722
3
5?×××60.12=1.25710× 由公式（5.5）得：
ηD
μb 2S d 4
'f =
mm
602300
mm 1010107
4
333.3809.32931.025.230001382.557.02=<=××××××=? 挠度满足要求。
故该雨篷玻璃板块强度与挠度满足要求。
二、ansys 计算过程：
1．刚度验算：
夹胶玻璃等效厚度为mm 1010t t t 3
3
3
33
23
1e 60.12=+=+= 计算依据：
玻璃板块尺寸:1250×2550×12.6mm 开孔边距125mm
支撑条件：四点支撑
材料特性：E=0.72e5 N/mm 2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm 3
荷载条件：按规范取风荷载标准值k w =2×0.557e-3=1.114e-3 N/mm 2
建模：
模型说明：1、对支座进行简化。将开孔处支座简化成点，均约束xyz 三个平动方向。不应约束转动：经查看各厂家的点式玻璃驳接头，除少部分型号（比如说用于单索幕墙的和部分型号无孔驳接头）没采用了球铰外，大部分型号的驳接头采用的是球铰型式。球铰型式可以释放角点处的弯矩，从而减小开孔处的局部应力。
2、对分格的说明。如果要采用大扰度计算，对玻璃的分格将会影响到计算结果，应采用合适的分格尺寸，建议采用映射网格划分。我采用两种分格计算过这个板块，25mm 的分格尺寸计算结果较为准确，而采用50mm 的分格尺寸，计算结果相差很大。
3、对强度计算结果的选用。规范计算玻璃强度时采用的是大面强度，遵循这个原则，在有限元计算时，支座将产生应力集中，此处的应力会比大面应力大很多，此时应选用大面计算结果。至于支座处的应力集中，最好对支座处进行实体建模，精确模拟此处的约束和受力状态，得到更符合实际的结果（另外支座处的玻璃强度验算应该是验算侧面强度才对）。
扰度计算结果：
采用小扰度理论计算结果：
小扰度计算所得扰度DMX=34.088mm，大于玻璃厚度12.60mm，应考虑变形引起的几何非线性影响，故采用大扰度理论进行计算，结果如下：
结果分析：扰度计算结果为DMX=12.579mm mm 60
2300
33.38=<
，满足规范要求。按规范方法计算所得结果为32.09mm ，两者比较，出入较大。后面将做详细分析。
2．强度计算：
夹胶玻璃内外片厚度均为10mm ，所受荷载一样，只验算外片即可。 计算依据： 玻璃板块尺寸:1250×2550×10mm 开孔边距125mm
支撑条件：四点简支
材料特性：E=0.72e5 N/mm 2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm 3 荷载条件：分配到外片玻璃上的荷载组合设计值S ＝0.657 e-3 N/mm 2 强度计算结果：
按小扰度理论计算所得结果：
按大扰度计算所得结果：
结果分析：小扰度计算所得的大面强度结果为26.641 N/mm2，大扰度计算所得的大面强度计算结果为15.541 N/mm2（支座应力集中处最大为27.974 N/mm2，但此结果不做考虑）。这里由于刚度计算时已表明，夹胶玻璃挠度以大于玻璃厚度，应考虑几何非线性的影响，采用大扰度理论进行计算，故外片玻璃强度计算应选用大扰度计算的结果。再跟按规范方法计
算所得的强度结果相比，规范方法计算的结果为24.62 N/mm 2，两者相差较大。前面已
得出的扰度计算结果也与规范计算结果相差较大，倒底是为什么呢？请看下面的详细分析。
先回顾一下规范方法计算四点支撑玻璃的计算方法，计算公式如下：
强度ηt
6mSb σ2
2
= 扰度：ηD μb S d 4'f = 说白了，就是框支撑玻璃的计算公式，只是计算时采用的是长边而已。其理论基础就是，先按小扰度理论进行计算，然后为了考虑大扰度是几何非线性的影响，乘以一个折减系数η。其实问题就是出在这里，根据前面我对框支撑玻璃的计算分析，其按规范公式计算跟用ansys 计算结果很接近，规范计算结果稍大一点，偏于安全。
再分析四点支撑的计算结果，我发现一个比较接近的数值，ansys 用小扰度理论得出的计算结果跟规范算法所得的结果很接近，根据上面所提到的规范算法，不难知道这两者为何会比较接近，规范就是用小扰度结果成折减系数η得到最终结果，但是它的最终结果为什么又比ansys 考虑非线性影响所得结果相差很大呢？细心的人都会想到，其实问题出在折减系数η。
找到了问题所在，那就来看一下这个折减系数η倒底出了什么问题，抑或是我们的有限元计算有误。其实还可以对结果进行更深入的分析，把规范结果不考虑折减，即除以η把折减消去，就发现，这个结果基本等于ansys 小扰度理论分析结果（比它略大，规范偏安全），这说明一点，有限元计算时模型的建立是符合实际的，只是ansys 采用了大扰度分析才导致结果与规范结果的差别。而程序计算大扰度是考虑了位移的二阶效应，计算是不会出错的，从这点上可以得出结论，ansys 对四点支撑玻璃的计算结果可以信任。那么问题肯定是出在规范对η的取值上面。细查了规范，η的取值可查表6.1.2-2，注意这个表的来源在条纹说明6.1.2～6.1.3里面有详细的解释，此表是用于框支撑情况下针对大扰度板在进行小扰度计算后对应力结果进行的折减，而四点支撑玻璃计算是竟然也采用了这个表所提供的折减系数！很明显，与有限元计算结果对比表明，太过于保守！！与实际情况严重不符。同理扰度计算也是乘的这个折减系数，问题是一样的。
总结以上分析，有限元计算结果不敢说是完全准确的，但我相信比较接近实际情况；规范计算四点支撑玻璃的结果却可以说绝对是欠妥当的，它完全套用四边支撑玻璃的折减系数，与实际情况相去甚远！希望国家的主管部门能重视起来，现在点式玻璃用的越来越多，规范在这个领域却做得如此落后，如此下去，将造成极大的浪费，拖新中国经济建设的后腿。
扰度计算命令流：
/PREP7
/NOPR
/PMETH,OFF,0 KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0
/GO
ET,1,SHELL63
R,1,12.6, , , , , , RMORE, , , , RMORE
RMORE, , MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,0.72e5 MPDATA,PRXY,1,,0.2 K, ,0,0,,
K, ,125,0,,
K, ,1125,0,,
K, ,1250,0,,
K, ,0,125,,
K, ,125,125,,
K, ,1125,125,,
K, ,1250,125,,
K, ,0,2425,,
K, ,125,2425,,
K, ,1125,2425,,
K, ,1250,2425,,
K, ,0,2550,,
K, ,125,2550,,
K, ,1125,2550,,
K, ,1250,2550,, FLST,2,4,3 FITEM,2,1 FITEM,2,2 FITEM,2,6 FITEM,2,5 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,2 FITEM,2,3 FITEM,2,7 FITEM,2,6 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,3 FITEM,2,4 FITEM,2,8 FITEM,2,7 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,5 FITEM,2,6 FITEM,2,10 FITEM,2,9 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,6 FITEM,2,7 FITEM,2,11 FITEM,2,10 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,7 FITEM,2,8 FITEM,2,12 FITEM,2,11 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,9 FITEM,2,10 FITEM,2,14 FITEM,2,13 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,10 FITEM,2,11 FITEM,2,15
FITEM,2,14
A,P51X
FLST,2,4,3
FITEM,2,11
FITEM,2,12
FITEM,2,16
FITEM,2,15
A,P51X
TYPE, 1
MAT, 1
REAL, 1
ESYS, 0
SECNUM,
ESIZE,25,0,
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
FLST,5,9,5,ORDE,2
FITEM,5,1
FITEM,5,-9
CM,_Y,AREA
ASEL, , , ,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
/UI,MESH,OFF
FINISH
/SOL
ANTYPE,0
ANTYPE,0
NLGEOM,1
FLST,2,4,3,ORDE,4
FITEM,2,6
FITEM,2,-7
FITEM,2,10
FITEM,2,-11
/GO
DK,P51X, , , ,0,UX,UY,UZ, , , , FLST,2,9,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-9 /GO
SFA,P51X,1,PRES,1.114e-3 SOLVE
FINISH
/POST1
全玻计算：
一、按规范计算过程：
裙楼全玻幕墙计算，标高11.35m ，采用19mm 钢化透明玻璃。 玻璃板块尺寸：
a ×
b =6090mm ×1530mm
风荷载计算：(取墙角位置计算)
μz 1＝-1.8+(-0.2)=-2.0
地面粗糙度为C 类，查表得
μz ＝0.74，βgz ＝2.064
W K =βgz μz μz 1W 0=2.064×0.74×2.0×0.75=2.291kN /m 2
风荷载标准值为k w =2.291kN /m 2 玻璃自重标准值：
G AK =1.0×0.019×25.600=0.486kN /m 2
地震作用标准值：
A
G αβq K E EK 1
max ×
×=＝5×0.04×0.486＝0.097kN /m 2 玻璃上的荷载（作用）组合标准值：
2339.2097050291.250kN/m ..q .W q EK K k =×+=+=
玻璃上的荷载（作用）组合设计值：
270.309705031291.241503141=××+×=×+×=....q ..W .q E k kN /m 2
1.玻璃强度验算：
折减计算系数θ计算：
5.319
10720153010339.24
54
344=××××==?.Et a q θk 可以查出其折减系数η=1.0 全玻幕墙弯矩系数取：m =0.125
则玻璃截面设计最大应力值为： 由公式（5.3）得：
ηt
mqa σE 2
2
6=
=0119153010270.3125062
23..×××××?
=25.42N /mm 2＜72N /mm 2
强度满足要求（其中，72.0N /mm 2为15～19mm 厚钢化玻璃大面强度设计值）。 2.挠度验算：
全玻幕墙挠度系数取:μ=0.013 折减计算系数：
44.319
10720153010291.24
54344=××××==?.Et a W θK 查表5.2得知道其折减系数η=1.0
D =)
.(.2
3
5201121910720?×××=2.11×107 由公式（5.5）得：
ηD
a μw d K f 4
=
)
mm 25,5.2560
1530
(mm 2574.70
11011.2153010291.201307
43较少值取mm mm ..=<=×××××=?
挠度满足要求。
故该全玻璃板块的强度与挠度满足要求。 3.玻璃肋计算:
采用单肋,则玻璃肋截面高度为:
mm
319194.50400060901530291.2340003h 2
2=×××××==t f wlh g r （这个公式用来控制限制
强度满足要求）
取玻璃肋截面高度r h =320mm 绕度计算:
mm
h mm Eth lh w d r K f 45.30200/6090200/8.16320
191072.06090153010291.23253253
54
33
4
==<=×××××××=×
=? 故截面高度为320mm 的玻璃肋满足绕度要求.
二、ansys计算过程：
A．面板计算：
计算依据：
玻璃板块尺寸:1530×6090×19mm
材料特性：E=0.72e5 N/mm2ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm3
S＝2.339 e-3 N/mm2 荷载条件：玻璃上的荷载组合标准值
k
玻璃上的荷载组合设计值S＝3.270 e-3 N/mm2 建模：基本是按照简支的模型计算，改了部分约束，看下图
强度计算结果：（未考虑玻璃自重）小扰度理论计算
强度计算结果：（考虑玻璃自重）
比较可以看出玻璃自重对大面强度影响很小。
扰度计算结果：（考虑玻璃自重）
B．玻璃肋计算：
计算依据：
玻璃肋板块尺寸:320×6090×19mm
材料特性：E=0.72e5 N/mm2ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm3
q＝3.51 N/mm（扰度计算）荷载条件：玻璃肋上的荷载组合标准值
k
玻璃肋上的荷载组合设计值q＝5.0 N/mm（强度计算）
建模：（上边界约束xyz平动，下边界约束xz平动，因为平动约束较严，其实已限制了转动，故不需再约束转动）
强度计算结果：（考虑了玻璃自重）小扰度理论计算
我们不关心应力集中的影响，只取跨中最大的应力为45.581 N/mm2 <50.4 N/mm2 (19厚钢化玻璃的侧面强度)，满足规范要求。
第一部分自由网格划分 （1）确定单元类型 GUI:执行“Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete”菜单命令。 执行上命令后，打开如下左图所示对话框。在左图中单击(Add)按钮，打开右图对话框，然后再左侧的窗口中选取“Solid”单元，右侧窗口中选取“10node 92”单元。 （2）建立几何模型 GUI:执行“Main Menu→Preprocessor→Create→Volumes→Block→By Dimensions”菜单命令，在弹出的对话框中输入“X1=0,X2=4,Y1=0,Y2=4,Z1=0,Z2=4”，得到立方体。 执行“Main Menu→Preprocessor→Create→Volumes→Cylinder→Solid Cylinder” 菜单命令，在弹出的对话框中输入“X=2,Y=2,Radius=0.5，Depth=6”，得到圆柱体。如下图：
（3）布尔加运算 GUI:执行“Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans-Add→Volumes”菜单命令。执行命令后，将打开如图的对话框中单击（Pick All）按钮，将所有面积组合在一起。如上图。 （4）自由网格划分 GUI:执行“Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh Tool”菜单命令，在弹出 的对话框中选择“Global→set”，接着在对话框中输入“SIZE=0,NDIV=10”，如图： 得到自由网格划分结果如下图：
第二部分映射网格划分 （1）确定单元类型 GUI:执行“Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete”菜单命令。 执行上命令后，打开如下左图所示对话框。在左图中单击(Add)按钮，打开右图对话框，然后再左侧的窗口中选取“Magnetic-Edge”单元，右侧窗口中选取“3D Brick 117”单元。
《有限元法及其应用》课程作业ANSYS应用分析 学号： 姓名： 专业：建筑与土木工程
角托架的有限元建模与分析 一 、模型介绍 本模型是关于一个角托架的简单加载，线性静态结构分析问题，托架的具体形状和尺寸如图所示。托架左上方的销孔被焊接完全固定，其右下角的销孔受到锥形压力载荷，角托架材料为Q235A 优质钢。角托架材料参数为：弹性模量366E e psi =；泊松比0.27ν= 托架图（厚度：0.5） 二、问题分析 因为角托架在Z 方向尺寸相对于其在X,Y 方向的尺寸来说很小，并且压力荷载仅作用在X,Y 平面上，因此可以认为这个分析为平面应力状态。 三、模型建立 3.1 指定工作文件名和分析标题 （1）选择菜单栏Utility Menu → 命令.系统将弹出Jobname(修改文件名)对话框,输入bracket （2）定义分析标题 GUI ：Utility Menu>Preprocess>Element Type>Add/Edit/Delete 执行命令后，弹出对话框，输入stress in a bracket 作为ANSYS 图形显示时的标题。 3.2设置计算类型 Main Menu: Preferences … →select Structural → OK 3.3定义单元类型 PLANE82 GUI ：Main Menu →Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete 命令，系统将弹出Element Types 对话框。单击Add 按钮，在对话框左边的下拉列表中单击Structural Solid →Quad 8node 82，选择8节点平面单元PLANE82。单击ok ，Element Types 对话框，单击Option ，在Element behavior 后面窗口中选取Plane strs w/thk 后单击ok 完成定义单元类型。 3.4定义单元实常数 GUI ：Main Menu: Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete ，弹出定义实常数对话框，单击Add ，弹出要定义实常数单元对话框，选中PLANE82单元后，单击OK →定义单元厚度对话框，在THK 中输入0.5.
平面问题斜支座的处理 如图5-7所示，为一个带斜支座的平面应力结构，其中位置2及3处为固定约束，位置4处为一个45o的斜支座，试用一个4节点矩形单元分析该结构的位移场。 (a)平面结构(b)有限元分析模型 图5-7 带斜支座的平面结构 基于ANSYS平台，分别采用约束方程以及局部坐标系的斜支座约束这两种方式来进行处理。 (7) 模型加约束 左边施加X,Y方向的位移约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →-Structural→Displacement On Nodes →选取2，3号节点→OK →Lab2: All DOF(施加X,Y方向的位移约束) →OK 以下提供两种方法处理斜支座问题，使用时选择一种方法。 ?采用约束方程来处理斜支座 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Coupling/ Ceqn →Constraint Eqn ：Const :0, NODE1:4, Lab1: UX,C1:1,NODE2:4,Lab2:UY,C2:1→OK 或者?采用斜支座的局部坐标来施加位移约束 ANSYS Utility Menu：WorkPlane →Local Coordinate System →Create local system →At specified LOC + →单击图形中的任意一点→OK →XC、YC、ZC分别设定为2，0，0,THXY：45 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →modeling →Move / Modify →Rotate Node CS →To active CS → 选择4号节点 ANSYS Main Menu：Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement On Nodes →选取4号节点→OK →选择Lab2:UY(施加Y方向的位移约束) →OK 命令流； !---方法1 begin----以下的一条命令为采用约束方程的方式对斜支座进行处理 CE,1,0,4,UX,1,4,UY,-1 !建立约束方程(No.1): 0=node4_UX*1+node_UY*(-1) !---方法1 end --- !--- 方法2 begin --以下三条命令为定义局部坐标系，进行旋转，施加位移约束 !local,11,0,2,0,0,45 !在4号节点建立局部坐标系 !nrotat, 4 !将4号节点坐标系旋转为与局部坐标系相同 !D,4,UY !在局部坐标下添加位移约束 !--- 方法2 end
ansys钢筋混凝土建模实例 finish /clear /prep7 et,1,solid65,,,,,,,1 et,2,link8 et,3,185 et,4,solid45 !************************定义材料属性***************************** !混凝土材料属性 mp,ex,1,1.596e10 mp,prxy,1,0.2 mp,dens,1,2400 fc=1.68e7 !c30混凝土轴心抗压强度设计值 ft=1.86e6 tb,concr,1 tbdata,,0.5,0.95,ft,-1 tb,miso,1,,11 tbpt,,0.0002,fc*0.19 tbpt,,0.0004,fc*0.36 tbpt,,0.0006,fc*0.51 tbpt,,0.0008,fc*0.64 tbpt,,0.0010,fc*0.75 tbpt,,0.0012,fc*0.84 tbpt,,0.0014,fc*0.91 tbpt,,0.0016,fc*0.96 tbpt,,0.0018,fc*0.99 tbpt,,0.002,fc tbpt,,0.0033,fc !57到68 v,6,7,56,54,10,11,60,58 vgen,4,57,57,1,0,0.38,0 vgen,2,57,60,1,0.25,0,0 vgen,2,57,60,1,-0.25,0,0 !69到80 v,189,190,234,233,191,192,238,237 vgen,4,69,69,1,0,0.38,0
vgen,3,69,72,1,0,0,0.25 !121到136 vgen,2,105,120,1,0,0,0.107 !193到208 k,1178,0.81,0,0.107 k,1179,0.823,0,0.107 k,1180,0.81,0,0.417 k,1181,0.81,0.16,0.107 k,1182,0.823,0.16,0.107 k,1183,0.81,0.16,0.417 k,1184,0.81,0.38,0.107 k,1185,0.823,0.38,0.107 k,1186,0.81,0.38,0.417 v,1178,1179,187,1180,1181,1182,189,1183 v,1181,1182,189,1183,1184,1185,191,1186 vgen,4,193,194,1,0,0.38,0 vgen,2,193,200,1,0.107,0,0 !209到232 k,1271,-0.02,0,-0.013 k,1272,-0.02,0,0 k,1273,-0.02,0.16,-0.013 k,1274,-0.02,0.16,0 k,1275,-0.02,0.38,-0.013 k,1276,-0.02,0.38,0 v,677,1,1272,1271,679,5,1274,1273 v,679,5,1274,1273,681,9,1276,1275 vgen,4,209,210,1,0,0.38,0 vgen,3,209,216,1,0.25,0,0 !233到256 vgen,2,209,232,1,0,0,0.107 vgen,2,257,280,1,0.107,0,0 k,5001,-0.1,1.3,0 k,5002,-0.02,1.3,0 k,5003,-0.02,1.3,0.094
ANSYS静力学分析APDL建模实例-应力集中
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
计算分析模型如图所示, 习题文件名: scf 材料参数：E=205GPa, v = 0.3 力载：4500N 注意单位的一致性：使用N, mm, MPa单位制 建模教程 在ANSYS工作文件夹内新建“stress concentration factor”目录，以存放模型文件。 注意定期保存文件，注意不可误操作，一旦误操作，不可撤销。 1.1 进入ANSYS 开始→程序→ANSYS 14.5→Mechanical APDL Product Launcher14.5→然后在弹出的启动界面输入相应的working directory及文件名scf 如通过Mechanical APDL 14.5进入，则进入预设的working directory working directory必须设置在电脑最后一个分区（因为教学用电脑只有最后一个分区不受系统保护） 至此ANSYS静力学分析模块启动，ANSYS在“stress concentration factor”目录下自动创建了.log、.err等必要的文件。 2.2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK 2.3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4 node 182 →OK (back to Element Types window)→ Options… →select K3: Plane Strs w/thk →OK→Close (the Element Type window)
均匀直杆的子空间法模态分析 1.模态分析的定义及其应用 模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。 ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。 ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。 ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。 2.模态分析操作过程 一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。 (1).建模 模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。 (2).施加载荷和求解 包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。 指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。 指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND. 定义主自由度，仅缩减法使用。 施加约束，Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。 求解，Main Menu-Solution-Solve-Current LS。 (3).扩展模态 如果要在POSTI中观察结果，必须先扩展模态，即将振型写入结果文件。过程包括重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。 激活扩展处理及其选项，Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes。 指定载荷步选项。 扩展处理，Main Menu-solution-Solve-Current LS。 注意:扩展模态可以如前述办法单独进行，也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。本例即采用了后面的方法 (4).查看结果 模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等
第五章子模型 何为子模型？ 子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限单元技术。在有限元分析中往往出现这种情况，即对于用户关心的区域，如应力集中区域，网格太疏不能得到满意的结果，而对于这些区域之外的部分，网格密度已经足够了。见图5-1。 图5-1 轮毂和轮辐的子模型 a)粗糙模型，b)叠加的子模型 要得到这些区域的较精确的解，可以采取两种办法：(a)用较细的网格重新划分并分析整个模型，或(b)只在关心的区域细化网格并对其分析。显而易见，方法a太耗费机时，方法b即为子模型技术。 子模型方法又称为切割边界位移法或特定边界位移法。切割边界就是子模型从整个较粗糙的模型分割开的边界。整体模型切割边界的计算位移值即为子模型的边界条件。 子模型基于圣维南原理，即如果实际分布载荷被等效载荷代替以后，应力和应变只在载荷施加的位置附近有改变。这说明只有在载荷集中位置才有应力集中效应，如果子模型的位置远离应力集中位置，则子模型内就可以得到较精确的结果。 ANSYS程序并不限制子模型分析必须为结构（应力）分析。子模型也可以有效地应用于其他分析中。如在电磁分析中，可以用子模型计算感兴趣区域的电磁力。 除了能求得模型某部分的精确解以外，子模型技术还有几个优点： 它减少甚至取消了有限元实体模型中所需的复杂的传递区域。 它使得用户可以在感兴趣的区域就不同的设计（如不同的圆角半径）进行分析。 它帮助用户证明网格划分是否足够细。 使用子模型的一些限制如下： 只对体单元和壳单元有效。 子模型的原理要求切割边界应远离应力集中区域。用户必须验证是否满足这
个要求。 如何作子模型分析 子模型分析的过程包括以下步骤： 1. 生成并分析较粗糙的模型。 2. 生成子模型。 3. 提供切割边界插值。 4. 分析子模型。 5. 验证切割边界和应力集中区域的距离应足够远。 第一步：生成并分析较粗糙的模型 第一个步骤是对整体建模并分析。（注－为了方便区分这个原始模型，我们将其称为粗糙模型。这并不表示模型的网格划分必须是粗糙的，而是说模型的网格划分相对子模型的网格是较粗糙的。） 分析类型可以是静态或瞬态的，其操作与各分析的步骤相同。下面列出了其他的一些要记住的方面。 文件名——粗糙模型和子模型应该使用不同的文件名。这样就可以保证文件不被覆盖。而且在切割边界插值时可以方便地指出粗糙模型的文件。用下列方法指定文件名： Command: /FILNAME GUI: Utility Menu>File>Change Jobname 单元类型——子模型技术只能使用块单元和壳单元。分析模型中可以有其他单元类型（如梁单元作为加强筋），但切割边界只能经过块和壳单元。 一种特殊的子模型技术，称为壳到体子模型技术，允许用户用壳单元建立粗糙模型而用三维块单元建立子模型。本技术在后面还要讨论。 建模——在很多情况下，粗糙模型不需要包含局部的细节如圆角等，见下图。但是，有限元网格必须细化到足以得到较合理的位移解。这一点很重要，因为子模型的结果是根据切割边界的位移解插值得到的。 图5-2 粗糙模型可以不包括一些细节部分 文件——结果文件（Jobname.RST,Jobname.RMG等）和数据库文件（Jobname.DB,包含几何模型）在粗糙模型分析中是需要的。在生成子模型前应
!----- fini /cle !提篮拱桥命令流 /prep7 /title,the analyse of X-arch bridge !单位：N，m,kg !************************************** !---------定义梁端左边截面1-1 r,1 et,1,82 rectng,-1.25,1.25,-1.3,3.1 smrtsize,5 amesh,all secwrite,ldbz,sect,,1 sectype,1,beam,mesh, secoffsect,origin,,, secread,ldbz,sect,,mesh asel,all aclear,all adele,all,,,1 !--------定义梁端左边截面结束 !******************* !---------定义梁端右边截面2-2 r,2 rectng,-1.25,1.25,-2.5,2.5 smrtsize,5 amesh,all secwrite,ldby,sect,,1 sectype,2,beam,mesh, secoffsect,cent,,, secread,ldby,sect,,mesh asel,all aclear,all adele,all,,,1 !--------定义梁端边右截面结束 !********************* !------定义梁端中截面3-3 r,3 rectng,-1.25,1.25,-3.1,1.3 smrtsize,5 amesh,all secwrite,ldz,sect,,1
sectype,3,beam,mesh, secoffsect,origin,,, secread,ldz,sect,,mesh asel,all aclear,all adele,all,,,1 !--------定义梁端中截面结束 !********************* !------定义跨中左边截面4-4 r,4 k,1 , -.303067 , -.75 k,2 , -.303067 , -.8 k,3 , -.586045 , -.8 k,4 , -.678495 , -.77735 k,5 , -.750005 , -.71453 k,6 , -.784375 , -.62577 k,7 , -1.25 , 2.2 k,8 , -1.25 , 3.1 k,9 , -.95 , 3.1 k,10 , -.95 , 2.222915 k,11 , -.5178 , -.4 k,12 , .75 , -.4 k,13 , .95 , .2 k,14 , .95 , 3.1 k,15 , 1.25 , 3.1 k,16 , 1.25 , -.6 k,17 , 1.223205 , -.7 k,18 , 1.15 , -.773205 k,19 , 1.05 , -.8 k,20 , .8 , -.8 k,21 , .8 , -.75 a,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 a,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,1 allsel aadd,all smrtsize,5 amesh,all secwrite,zzb,sect,,1 sectype,4,beam,mesh, secoffsect,origin,,, secread,zzb,sect,,mesh asel,all aclear,all adele,all,,,1
ANSYS-3D实体模型实例 实验二三维实体结构的分析 前面的实训练习中，是采用先生成节点，然后连接节点生成元素的方法来建立有限元模型的，它适用于结构比较简单的零件。但是对于一些复杂结构，如果还是采用上面的方法建立有限元模型，不但非常繁琐，而且容易出错，甚至在有些情况下几乎是不可能的。因此，本实训中将介绍三维实体结构的有限元分析。 一、问题描述 图25所示为一工字钢梁，两端均为固定端，其截面尺寸为， l,1.0m,a,0.16m,b,0.2m,c,0.02m,d,0.03m。试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。其他已知参数如下: 图25 工字钢结构示意图 u,0.3弹性模量(也称杨式模量) E= 206GPa;泊松比; 32,,7800kg/mg,9.8m/s材料密度;重力加速度; 作用力Fy作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=-5000N 二、实训目的 本实训的目的是使学生学会掌握ANSYS在三维实体建模方面的一些技术，并深刻体会ANSYS软件在网格划分方面的强大功能。 三、结果演示
图26单元类型库对话框 使用ASSYS 8。0软件对该工字钢梁进行结构静力分析，显示其节点位移云图。 四、实训步骤 (一)ASSYS8.0的启动与设置 与实训1第一步骤完全相同，请参考。 (二)单元类型、几何特性及材料特性定义 图27 单元类型对话框 1定义单元类型。点击主菜单中的“Preprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete”，弹
出对话框，点击对话框中的 “Add…”按钮，又弹出一对 话框(图26)，选中该对话 框中的“Solid”和“Brick 8node 45”选项，点击“OK”， 关闭图26对话框，返回至上 一级对话框，此时，对话框 图28 材料特性参数对话框中出现刚才选中的单元类 型:Solid45，如图27所示。点击“Close”，关闭图27所示对话框。 注:Solid45单元用于 建立三维实体结构的有限元分析模型，该单元由8个节点组成，每个节点具有X、Y、Z方向的三个移动自由度。 (定义材料特性。点击主菜单中的“Preprocessor>Material Props >Material Models”，2 弹出窗口如图28所示，逐级双击右框中“Structur al\ Linear\ Elastic\ Isotropic”前图标，弹出下一级对话框，在“弹性模量”(EX)文本框中输