报价单项目：户外广告钢架
简易图：
项目：钢结构
中间包结构有限元分析 摘要介绍了某钢厂中间包结构存在的问题，简要论述了中间包产生变形和裂纹的机理。利用数值模拟的方法对中间包结构强度和刚度进行有限元分析，通过计算所得的中间包温度场和应力场，显示中间包结构高应力区和强度的薄弱位置，提出改进方案。此外还改变中间包的耐火材料层的厚度和综合导热系数，分析这些因素对中间包温度场和应力场的影响，为中间包结构的优化提供理论支持。 关键词中间包结构强度刚度有限元分析 Finite Element Analysis of the Tundish Structure NI Sai-zhen, LI Fu-shuai, TAO Jin-ming (Metallurgical technology research institute of Beijing in CCTEC , Beijing 100028, China) Abstract In this paper, we introduced the problems of the tundish structure in a steel work at first, and briefly discussed the mechanism for the occurring of the tundish deformation and crack. Using the finite element method to analyze strength and stiffness for the tundish structure, according to the temperature and stress field, we can find hot point and high stress region. The effects of the fireproof material thickness and the total conductive coefficient on the temperature and stress field are also studied. Key words tundish structure strength stiffness finite element analysis 1 前言 一直以来对中间包的研究都侧重于中间包内流场的分析，有关中间包流场研究的文章很多[1-5]，而对于中间包包体本身结构分析，研究者却很少关注，在这方面的文献也较少。中间包的强度以及结构的稳定性对于浇注的顺利进行以及保证铸坯质量方面同样起到很重要的作用。在热应力以及外载荷作用下中间包会产生变形，改变水口间的相对位置。如果变形过大的话，会影响到水口对中操作。包体的变形还可能使其产生裂纹，严重破坏包体结构，从而发生事故，不利于安全生产的进行。 某钢厂中间包为七机七流，铸机断面尺寸为150mm×150mm，流间距为1250mm，浇注周期约为36min，主要生产碳素结构钢Q235B，优质碳素结构钢45#，低合金结构钢 25MnSiV、Q345B等钢种，该中间包为T形结构，容量为40吨。中间包内衬耐火材料由外向内依次为工作层、永久层、保温层。该中间包存在以下问题： （1）现场反应变形比较严重，而相应结构的六机六流的中间包变形问题不明显； （2）新的中间包在开始浇铸时，靠四个耳轴支撑，中间底部与中间罐车横梁不接触，但随着浇铸时间的不断增加，中间就会慢慢凹陷，浇铸大约5-6小时后，中间 底部就会与横梁接触； （3）旧中间包或多或少都存在中间凹陷的永久变形，有些变形较大，在浇铸前中间
2 受料仓与给料机的钢结构有限元分析 2.1建立有限元模型 如图2.1破碎站主视图和图2.2破碎机布置图，它的工作过程是：卸料卡车间歇把最大入料粒度为1500mm的煤块倒入受料仓，受料仓存储大粒度煤块。刮板给料机把受料仓的大粒度的煤块连续的刮给破碎平台的破碎机。破碎机把最大入料粒度为1500mm 的煤块破碎成最大排料粒度为300mm的煤块，煤块由底部的传送带传出。 图2.1 破碎站主视图 图2.2 破碎机布置图
破碎站钢结构的弹性模量E＝200000MPa，泊松比μ=0.3，质量密度ρ=7.8×10-3kg/cm3。破碎站由支撑件H型钢和斜支撑(角钢)组成。在结构离散化时，由于角钢和其它部位铰接，铰接是具有相同的线位移，而其角位移不同。承受轴向力，不承受在其它方向的弯矩，相当于二力杆，所以H型钢用梁单元模拟，角钢用杆单元模拟。破碎站是由受料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成，故计算时是分别对这两部分进行的。离散后，受料仓和给料机共686个单元，其中梁单元598 个，杆单元88个，节点总数为597个，有限元模型如图2.3和图2.4所示。 图2.3 受料仓与给料机有限元模型 图2.4 受料仓与给料机有限元模型俯视图
2.2载荷等效计算 2.2.1主要结构截面几何参数 破碎站主要结构采用H型钢梁，截面尺寸如图2.5所示，各截面横截面积A，截面 惯性矩I y ，I z 和极惯性矩I如下。 图2.5 截面尺寸 料仓及给料机支撑结构 料仓及给料机六根支撑立柱(H500×400×12×20) A= 215.2mm2，I y＝101947×104mm4，I z＝21340×104mm4，I＝240×104mm4料仓B－B面横梁和给料机E－E、F－F面横梁(H400×300×12×20) A=16320mm2，I y＝48026×104mm4，I z＝9005×104mm4，I＝181×104mm4料仓C－C面和D－D面横梁(H400×400×12×20) A=20320mm2，I y＝62479×104mm4，I z＝21339×104mm4，I＝234×104mm4给料机两根纵梁(H550×400×12×20) A=22120mm2，I y＝125678×104mm4，I z＝21341×104mm4，I＝243×104mm4给料机六根横梁(H400×400×12×20) A=20320mm2，I y＝62479×104mm4，I z＝21339×104mm4，I＝234×104mm4其它横梁(H400×300×12×20) A=16320mm2，I y＝48026×104mm4，I z＝9005×104mm4，I＝181×104mm4 斜支撑的横截面积 ∠125×12：A＝2856mm2 ∠75× 6：A＝864mm2
有限元的MATLAB解法 1.打开MATLAB。 2.输入“pdetool”再回车，会跳出PDE Toolbox的窗口（PDE意为偏微分方程，是partial differential equations的缩写），需要的话可点击Options菜单下Grid命令，打开栅格。 3.完成平面几何模型：在PDE Toolbox的窗口中，点击工具栏下的矩形几何模型进行制作模型，可画矩形R，椭圆E，圆C，然后在Set formula栏进行编辑并（如双脊波导R1+R2+R3改为RI-R2-R3,设定a、b、s/a、d/b的值从而方便下步设定坐标） 用算术运算符将图形对象名称连接起来，若还需要，可进行储存，形成M文件。 4.用左键双击矩形进行坐标设置：将大的矩形left和bottom都设为0，width是矩形波导的X轴的长度，height是矩形波导的y轴的长度，以大的矩形左下角点为原点坐标为参考设置其他矩形坐标。 5.进行边界设置：点击“Boundary”中的“Boundary Mode”,再点
击“Boundary”中的“Specify Boundary Conditions”,选择符合的边界条件，Neumann为诺曼条件,Dirichlet为狄利克雷条件，边界颜色显示为红色。 6.进入PDE模式：点击"PDE"菜单下“PDE Mode”命令，进入PDE模式，单击“PDE Specification”,设置方程类型，“Elliptic”为椭圆型，“Parabolic”为抛物型，“Hyperbolic”为双曲型，“Eigenmodes”为特征值问题。 7.对模型进行剖分：点击“Mesh”中“Initialize Mesh”进行初次剖分，若要剖的更细，再点击“Refine Mesh”进行网格加密。 8.进行计算：点击“Solve”中“Solve PDE”,解偏微分方程并显示图形解，u值即为Hz或者Ez。 9.单击“Plot”菜单下“Parameters”选项，打开“Plot Selection”对话框。选中Color,Height(3-D plot)和Show mesh三项，然后单击“Plot”按钮，显示三维图形解。 10.如果要画等值线图和矢量场图，单击“Plot”菜单下“Parameters”选项,打开“Plot Selection”对话框。选中Contour和Arrows两项，然后单击Plot按钮，可显示解的等值线图和矢量场图。 11.将计算结果条件和边界导入MATLAB中：点击“Export Solution”,再点击“Mesh”中“Export Mesh”。
第一章结构分析及有限元分析基础知识 注：摘自《NX知识工程应用技术——CAD/CAE篇》 洪如瑾编译 清华大学出版社 [目标] 本章将简述结构分析及有限元分析的基础知识，为学习与应用结构分析做好准备，包括： ※ 结构与结构分析定义 ※ 结构的线性静态分析 ※ 材料行为与故障 ※ 有限元分析的基本概念 ※ 有限元模型 1.1结构分析基础知识 1.1.1结构基本概念 1.结构定义 结构可以定义为一个正承受作用的载荷处于平衡中的系统。平衡条件意味着结构是不移动的。一个自由的支架不是一个结构，它未被连接到任一物体上并无载荷作用与它。仅当它附着到外部世界，并且有作用力、压力或力矩时，支架成为一个结构。 例如横跨江面的大桥就是一个普通的结构，一个支架通过它的支撑连接到地面上，桥的重量是在结构上的一种载荷（力）。当汽车通过桥时，附加的力作用于桥的不同位置。 一个好的结构必须满足以下标准： （1） 当预期的载荷作用时，结构必须不出现故障。这个似乎是显而易见的，并意味着结构必须是“强度足够的”。故障意味着结构破裂、分离、弯曲，以及支撑作用载荷失败。 注意：考虑到意外的载荷，通常在设计中提供安全余量。余量常常利用安全因素来描述。例如，如果在结构上期待载荷是10 000磅，规定安全因素是2.0，则结构将设计成能经受住20 000磅载荷。 （2） 当载荷作用时，结构必须不产生过分变形。这意味着结构必须“刚度足够”。 变形可接受的极限（弯曲度、挠度、拉伸等）取决于特定情况。例如，在通常住宅中的地板由足够的吊带支撑，以防止当人在地板岸上行走时有“柔软”的感觉。 （3） 在它的服务生命周期，结构的行为应不会恶化。这意味着结构必须“足够耐用”，必须考虑环境影响和“磨损与破裂”。如果一座桥假定维持50年，则桥的设计必须提供整个50年寿命的结构完整性与充分的安全余量。2.结构分析 结构分析是用于决定一个结构是否将正确完成任务的工程分析过程。结构将在某些方式中进行模拟和求解描述它的行为的数学方程。分析可以人工方法或用计算机方法来完成。 结构分析的结果（答案）用于评估性能，摘要如下： （1）“强度足够吗？”：应力必须是在一可接受的范围内。 （2）“刚度足够吗？”：位移必须是在一可接受的范围内。 （3）“耐用度足够？”：对一个长的疲劳周期应力必须足够低。
步骤方法 对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。有限元求解问题的基本步骤通常为: 第一步:问题及求解域定义:根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。 第二步:求解域离散化:将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小(网格越细)则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。 第三步:确定状态变量及控制方法:一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。 第四步:单元推导:对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵(结构力学中称刚度阵或柔度阵)。 为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。 第五步:总装求解:将单元总装形成离散域的总矩阵方程(联合方程组)，反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数(可能的话)连续性建立在结点处。 第六步:联立方程组求解和结果解释:有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、迭代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。 简言之，有限元分析可分成三个阶段，前置处理、计算求解和后置处理。前置处理是建立有限元模型，完成单元网格划分;后置处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。
有限元大作业——钢架结构分析 选题人： 日期：2016年6月2日
目录： 第一章：问题重述 (2) 一、题目内容： (3) 二、题目要求： (3) 第二章：有限元法手工求解 (3) 一、平面两单元离散化 (4) 二、单元分析 (4) 三、单元组装 (6) 四、边界条件引入及组装总体方程 (7) 五、求解整体刚度方程，计算节点2的位移和转角 (7) 六、求节点1、3支撑反力 (8) 七、设定数据，求解结果 (8) 八、绘制轴力图、弯矩图、剪力图 (9) 第三章、matlab编程求解： (11) 一、总体流程图绘制： (11) 二、输入数据： (12) 三、计算单元刚度矩阵： (12) 四、建立总体刚度矩阵： (13) 五、计算未约束点位移： (13) 六、计算支反力： (13) 七、输出数据： (13) 八、编程： (13) 第四章有限元求解 (13) 一、预处理 (13) 二、模型建立： (15) 二、分析计算 (17) 三、求解结果 (18) 四、绘制图像 (19) 第五章结果比较 (22) 第六章心得体会 (22) 第七章附录 (23) 一、matlab程序 (24) 第一章：问题重述
一、题目内容： 图示平面钢架结构 图题目内容 二、题目要求： （1）采用平面梁单元进行有限元法手工求解，要求写出完整的求解步骤，包括： a）离散化：单元编号、节点编号； b）单元分析：单元刚度矩阵，单元节点等效载荷向量； c）单元组长：总体刚度矩阵，总体位移向量，总体节点等效载荷； d）边界条件的引入及总体刚度方程的求解； e）B点的位移，A、C处支撑反力，并绘制该结构的弯矩图、剪力图和轴力图。 （2）编制通用平面钢架分析有限元Matlab程序，并计算盖提，与手工结果进行比较； （3）利用Ansys求解，表格列出B点的位移，A、C处支反力，绘制弯矩图、剪力图和轴力图，并与手算和Matlab程序计算结果比较。 （4）攥写报告，利用A4纸打印； （5）心得体会，并简要说明各成员主要负责完成的工作。 第二章：有限元法手工求解
1 有限元分析软件的开发 1.1 程序功能 该程序为平面刚架静力分析程序，能针对平面刚架间问题进行有限元计算，计算杆端位移及杆端力大小。程序从磁盘文件中读取单元编号、节点编号及坐标、材料属性、荷载、边界条件等信息；将杆端位移，杆端力等计算结果以磁盘文件的形式输出，采用等带宽二维数组存储整体刚度矩阵并使用高斯消去法进行求解。
1.2 程序结构及流程
1.3 程序的输入与输出 详细介绍输入输出数据的格式。如：数据文件分几个部分，各有几行，分别包含哪些容及其类型、先后次序，等等。 输入，共有九行。第一行：7,13,5,1,2,2。分别为，7个结点，13个自由度，5个单元，1个类型，2个结点荷载，2个非结点荷载。 第二行：1,2,3,0.0,0.0,0,0,,6.0,0.0。分别为：一号结点的位移序号，x方向为1，y方向为2，转角为3，坐标为(0.0,0.0)，因为二号结点固结在地面，所以二号结点的位移序号，x方向为0，y方向为0，转角为0，坐标为(6.0,0.0)。 第三行：4,5,6,0.0,6.0,4,5,7,0.0,6.0。分别为：三号结点的位移序号，x方向为4，y方向为5，转角为6，坐标为(0.0,6.0), 四号结点位移序号x方向和y相同，转角为7，坐标为(,0.0,6.0)。 第四行：8,9,10,6.0,6.0,0,0,11,0.0,12.0.五号结点位移序号，x方向为8，y方向为9，转角为10，坐标为（6.0,6.0）。因为六号结点铰接在地面，所以六号结点的位移序号，x方向和y方向为0，转角为11，坐标为（0.0,12.0）。 第五行：12,0,13,6.0,12.0. 因为七号结点与地面用滑动支座固定，所以七号结点的位移序号，x方向为12，y方向为0，转角为13，坐标（6.0,12.0）. 第六行：1,2,1,1,3,1,4,5,1,3,6,1,5,7,1,分别为，1号和2号结点组成的单元为1号类型。1号和3号结点组成的单元为1号类型，4号和5号结点组成的为1号类型，3号和6号结点组成的单元为1号类型，5号和7号结点组成的单元为1号类型。 第七行：分别为，弹性模量为E＝2×108 kN/m2，截面面积A=0.16m2,惯性矩I=0.002m4。
中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述（中英文）： 本课程是一门重要的结构计算分析课程，通过多媒体教学和上机练习，系统学习结构有限元FEM的基本原理和方法，熟悉掌握通用有限元应用软件ANSYS进行结构静力和动力分析的方法和步骤，并初步掌握使用ANSYS进行海工典型结构强度计算的方法。 Structural finite element method and its application software is an important course of structural calculation and analysis. Through multimedia teaching and computer practice, the basic principles and methods of Finite Element Method (FEM) are learned systematically. The general finite element application software ANSYS for the methods and procedures of structural static and dynamic analysis are mastered.At the same time, the strength calculation method of typical ocean engineering structures using ANSYS is preliminarily mastered. 2.设计思路： 有限元方法是一种现代设计方法，应用于结构设计中，是一种具有重要经济意义和巨大潜力的先进结构设计技术。因此选择该课程作为结构设计方面的一门必修课程，主要介绍结构有限元的基本原理和方法，还选择了通用的有限元软件ANSYS进行示例分析。包括要求掌握有限元法的基本思想和基本原理、平面刚架结构的有限元法、弹
二层无比钢结构体系有限元动力模态分析 马玲玲，刘峰 武汉理工大学，武汉（430070） E-mail：zhaojun3031@https://www.doczj.com/doc/d411104110.html, 摘要：无比轻钢龙骨小桁架建筑体系，是一种新型的钢结构体系，具有标准化程度高、空间布置灵活、抗震性能好、可工业化生产、建设周期短、环保和节能等特点，在我国建筑住宅领域有广阔的应用前景。本文通过ABAQUS有限元软件对二层无比轻钢龙骨房屋结构在地震荷载作用下的动力反应分析计算，并将计算数值与试验数据比对。研究表明，,且计算值与试验值两者吻合度较好。验证了ABAQUS分析这种新型结构的可靠性。 关键词：无比钢，有限元，动力分析 1.前言 无比轻钢龙骨小桁架建筑体系（Web Light-Gage Steel Joist Structure）主要是指以镀锌轻钢龙骨为结构构件的结构体系，它具有节能环保、自重轻、工厂预制化程度高、建造速度快、劳动强度小等优点，近30 年来在欧美国家发展很快,已经形成了一整套十分成熟的技术[1]。在低层钢结构住宅建筑领域中已经成为占主导地位的结构体系。其技术主要来源于加拿大轻钢建筑体系，由于其节能环保等的优点，非常适合我国产业住宅化发展方向。[2] 但在我国，轻钢龙骨结构体系的材料厚度不符合冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB 50018-2002)的规定，在轻钢龙骨体系住宅方面的发展与国外有很大差距，研究和应用才刚刚起步。除尚在编制的《轻型房屋钢结构技术规程》和《低层轻型钢结构装配式住宅行业标准》，尚无这类新型结构的专用技术规程。本文运用国际通行有限元分析软件ABAQUS对足尺寸的二层无比钢房屋进行动力模态分析，模拟此新型结构体系在地震力作用下的反应。并用试验值对计算值进行比对，判断有限元分析的可行性。 2.建立模型介绍 2.1 二层无比钢结构简介 无比钢结构是一种新型的钢结构体系，主要由楼板、桁架梁、墙体和基础四部分组成.其结构体系中最基本的单元是小桁架。这种小桁架是由镀锌冷弯高频焊接的轻型薄壁方管（Tubes）（矩形管）和三角形的V型连接件（Clips）通过自攻螺丝连接构成，（图1）。桁架上下弦杆为镀锌冷弯方钢管或矩形管，截面尺寸包括40×40mm、40×60mm 和40×80mm三种，厚度一般为1.5mm左右；V型连接件分大、中、小三种，C型截面，厚度为1.2mm；梁高大致有150mm、240mm、350mm三种。用这种桁架可以建造梁、墙、楼板，也可以建造屋顶。楼板一般由压型钢板与素混凝土相互组合而成，压型钢板通过自攻螺丝与桁架梁上弦连接。
建筑结构常用有限元分析软件及选择 近些年，随着电脑的飞速发展，有限元软件的开发也是日新月异，特别是随着人们对结构分析的精确性和高端性的追求，越来越多的国内外有限元软件被结构工程师所采用。 、MTS、 MST、ROBOT、EASY 、ROBOT 果。 1 的优点，也是大家所依赖的就是可以很快的配筋并出图。现在也可以实现一些空间结构的建模与分析，但是使用起来还是有些不方便。早期人们一直都是用PKPM行遍天下，只是后来随着ETABS等国外软件进来后才有人开始对其有些微词，因为很多人觉得PKPM算起来有问题，比如不同版本算的结果区别、不规则结构建模不方便啦等，但是只要是做设计的，没有人能离开PKPM的。
2、3D3S不知道如何给它定位。这是同济大学张其林老师开发的，可以计算的结构体系有：轻钢、厂房、多高层结构、空间钢结构、索膜结构等，可以进行中国规范校核。真是神通广大啊，不过，每个模块都是单独卖的。个人看来，在国内软件中3D3S算是比较成功的了，至少在商业化方面走到比较靠前。 3、MST是浙江大学罗尧治开发的，专门用于网架和网壳结构的分析与计算，算 4 解。 5 6分校的 碑式的作用。ETABS的出现让人们看到在计算中我们原来可以做到更多。也是ETABS 让人们对结构分析提出了更高的要求，比如弹塑性分析等。目前ETABS可以做到多高层结构的快速建模、静动力分析、静力弹塑性分析、中国规范校核等，几乎涵盖了结构工程师的所有要求。 SAP2000则专注与空间结构，比如网壳类、桁架类、不规则结构等，一句话，开
发者希望不能用ETABS实现的就可以SAP2000来实现，和ETABS一样，SAP2000对中国建筑结构领域软件的冲击也很大，因为在SAP2000进入中国的时候业内没有类似可以进行空间结构建模与分析的软件，在当时SAP2000算是填补了一个空白，现在SAP2000更新了很多版本（目前是12.0），增加了很多功能，比如中国规范校核等。 SAFE是专门进行楼板计算的，没用过，好像必要性不是很强。PERFORM-3D是刚 7 05、07 8 一 ROBOT也 9FORTEN 采用的是非线性有限元法。EASY在中国用到比较多，比如上海世博轴索膜结构是用这个软件计算的，不错觉得界面开发的确实不敢恭维；个人认为FORTEN的界面做得不错，近似通用有限元的界面模式，出图很漂亮。不过这两款软件在国内D版比较少，目前我还没有找到过。 10、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA属于通用有限元软件，与设计软
钢结构厂房实体模型有限元模拟分析摘要, 门式刚架轻型厂房近年来在我国取得了广泛的应用,本文运用有限元分析软件对门式厂房进行了整体有限元模拟分析,提出了在门式刚架厂房设计中应注意的一些问题。 关键词, 厂房实体模型门式钢结构有限元模拟分析 轻型门式厂房是目前国内发展速度最快的新型钢结构形式,它以其强度高、施 工速度快、受力性能好等优点被广泛地应用于工程建设中。本文通过对门式刚架厂房的模型设计与制作,对该种结构的设计与施工中应注意的问题作如下初步分析和探讨。 1.门式刚架轻型厂房的模型模拟与分析 模型的计算假定,,1,本模型所有构件假定为理想弹性材料,符合HOOKE定律,,2,刚架梁柱连接用3节点的Beam189单元。厂房檐口高度6.2m,跨度9m,柱距6m,屋 面活载0.65KN/m2,屋面恒载0.25KN/m2等。 有限元法将所研究的工程系统,engineering system,转化成一个有限元系 统,finite element system,,该有限元系统由节点,node,及单元,element,组合而成还包含工程系统本身所具有的边界条件,约束条件、外力荷载等,,它 1 可以转化成一个数学模式,并据此得到该有限元系统的解答,然后再通过节点单元表现出来。有限元分析流程的解题步骤如下,,1,结构离散化,结构离散化是有限元法分析的第一步,即将要分析的结构分割成有限个单元体,离散后单元与单元之间利用节点相互连接起来,单元节点的设置、单元性质,以及单元的数目等都应视问题的性质、计算精度和所要描述的变形形态而定。有限元法中分析的结构已不是原有的物体或结构物,而是通过一定方式连接起来的同样属性材料的集合体。,2,单元特
钢结构厂房实体模型的有限元模拟分析 摘要：门式刚架轻型厂房近年来在我国取得了广泛的应用，本文运用有限元分析软件对门式厂房进行了整体有限元模拟分析，提出了在门式刚架厂房设计中应注意的一些问题。 关键词：厂房实体模型门式钢结构有限元模拟分析 轻型门式厂房是目前国内发展速度最快的新型钢结构形式，它以其强度高、施工速度快、受力性能好等优点被广泛地应用于工程建设中。本文通过对门式刚架厂房的模型设计与制作，对该种结构的设计与施工中应注意的问题作如下初步分析和探讨。 1.门式刚架轻型厂房的模型模拟与分析 模型的计算假定：（1）本模型所有构件假定为理想弹性材料，符合hooke定律；（2）刚架梁柱连接用3节点的beam189单元。厂房檐口高度6.2m，跨度9m，柱距6m，屋面活载0.65kn/m2，屋面恒载0.25kn/m2等。 有限元法将所研究的工程系统（engineering system）转化成一个有限元系统（finite element system），该有限元系统由节点（node）及单元（element）组合而成还包含工程系统本身所具有的边界条件（约束条件、外力荷载等），它可以转化成一个数学模式，并据此得到该有限元系统的解答，然后再通过节点单元表现出来。有限元分析流程的解题步骤如下：（1）结构离散化：结构离散化是有限元法分析的第一步，即将要分析的结构分割成有限个单元体，离散后单元与单元之间利用节点相互连接起来；单元节点的设
置、单元性质，以及单元的数目等都应视问题的性质、计算精度和所要描述的变形形态而定。有限元法中分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是通过一定方式连接起来的同样属性材料的集合体。（2）单元特性分析：位移模式—单元属性—等效节点力。（3）整体刚度矩阵组装应用结构的平衡条件和边界条件把各个单元按 原结构重新组装起来，形成整体刚度矩阵：ku=f。（4）求解未知节点位移求解方程组，得出未知节点位移。应用弹塑性力学中的几何方程和物理方程，求出单元的应力、应变。一般完整的有限元程序（finite element program）包含前处理（preprocessing）、解题程序（solution）和后置处理。在前处理中，首先建立有限元单元模型所需输入的资料，单元内节点排序、材料特性等；划分网格，形成单元，再加入边界、荷载条件。在解题程序中计算出单元刚度矩阵{u}={f}求解。最后，在后置处理中，通过图形接口将解题部分得到的解答以等位移图、等应力图等方式显示出来。 2.门式刚架的分析结果 计算步骤:首先材料符合基本假定；有限元模型的单元属性选择；定义材料属性的定义；有限元的几何模型建立；有限单元的划分，如利用分网工具（mesh tool）依次拾取几何体素，分配相应的单元属性，包括材料号（mat）、实常数号（real）、单元类别号（type）和单元划分尺寸（size）等，然后选择全体（select all），进行划分（mesh）；最后是求解设置，静力计算一般图门式刚架厂房的有限元模型分析选取preference为structural，对模型采用非线
动力分析中平衡方程组的解法 1前言 描述结构动力学特征的基本力学变量和方程与静力问题类似，但所有的变量都是时间的函数。 基本变量 三大类变量(,)i u t ξ、(,)ij t εξ和(,)ij t σξ是坐标位置(,,)x y z ξ和时间t 的函数，一般将其记为()()()i ij ij u t t t εσ。 基本方程 (1) 平衡方程 利用达朗贝尔原理将惯性力和阻尼力等效到静力平衡方程中，有 ,()()()()0ij j i i i t b t u t u t σρν+--=&&& (1) 其中ρ为密度，ν为阻尼系数。 (2) 几何方程 ,,1 ()(()())2 ij i j j i t u t u t ε=+ (2) (3) 物理方程 ()()ij ijkl kl t D t σε= (3) 其中ijkl D 为弹性系数矩阵。 (4) 边界条件 位移边界条件()BC u 为， ()()i i u t u t = 在u S 上 (4) 力的边界条件()BC p 为，
()()ij j i t n p t σ= 在p S 上 (5) 初始条件 0(,0)()i i u t u ξξ== (6) 0(,0)()i i u t u ξξ==&& (7) 虚功原理 基于上述基本方程，可以写出平衡方程及力边界条件下的等效积分形式， ,() ()0p ij j i i i ij j i S u u b u d n p dA δσρνδσΩ ∏=---+Ω+-=??&&& (8) 对该方程右端第一项进行分部积分，并应用高斯-格林公式，整理得， ()()0p ijkl ij kl i i i i i i i i S D u u u u d b u d p u dA εδερδνδδδΩ Ω -++Ω-Ω+=???&&& (9) 有限元分析列式 单元的节点位移列阵为， 111222()[(),(),(),(),(),()(),(),()]e t k k k U t u t v t w t u t v t w t u t v t w t =L (10) 单元内的插值函数为， (,)()()e t u t N U t ξξ= (11) 其中()N ξ为单元的形状函数矩阵，与相应的静力问题单元的形状函数矩阵完全相同，ξ为单元中的几何位置坐标。 基于上面的几何方程和物理方程及(11)式，将相关的物理量表达为节点位移的关系，有， (,)[](,)[]()()()()e e t t t u t N U t B U t εξξξξ=?=?= (12) (,)()()()()e e t t t D DB U t S U t σξεξξ=== (13) (,)()()e t u t N U t ξξ=&& (14)
MATLAB有限元分析程序弹簧结构梁结构钢架结构 一、 程序 k1=SpringElementStiffness(100) k2=SpringElementStiffness(200) K=zeros(3,3) k=K(2:3,2:3) f=[0 ; P] u=k\f U=[0 ; u] F=K*U 二、 E = 210GPa and A = 1×10?4 m2, 程序 E=210e6 A=1e-4 L1=4 L2=PlaneTrussElementLength(0,0,2,3) L3=PlaneTrussElementLength(0,0,-2,3) k1=PlaneTrussElementStiffness(E,A,L1,0) theta2=atan(3/2)*180/pi theta3=180-theta2 k2=PlaneTrussElementStiffness(E,A,L2,theta2) k3=PlaneTrussElementStiffness(E,A,L3,theta3) K=zeros(6,6) K=PlaneTrussAssemble(K,k1,1,2) K=PlaneTrussAssemble(K,k2,1,3) K=PlaneTrussAssemble(K,k3,2,3) k=[K(3,3) K(3,5:6) ; K(5:6,3) K(5:6,5:6)]
f=[0 ; 5 ; -10] u=k\f U=[0 ; 0 ; u(1) ; 0 ; u(2:3)] F=K*U 三、 E = 210GPa, I = 60 ×10?6 m4, P = 20kN, and L = 2m, E=210e6 I=60e-6 L=2 k1=BeamElementStiffness(E,I,L) k2=BeamElementStiffness(E,I,L) K=zeros(6,6) K=BeamAssemble(K,k1,1,2) K=BeamAssemble(K,k2,2,3) k=[K(3:4,3:4) K(3:4,6) ; K(6,3:4) K(6,6)] f=[-20 ; 0 ; 0] u=k\f U=[0 ; 0 ; u(1) ; u(2) ; 0 ; u(3)] F=K*U 四、Given E = 210GPa, A = 2×10–2 m2, and I = 5×10–5 m4 E=210e6 A=2e-2 L1=3 L2=4 L3=3 k1=PlaneFrameElementStiffness(E,A,I,L1,90)
诚信·公平·开放·共赢 Loyalty Fair Opening Win-win 有限元单元法求解问题的的基本步骤 (1)建立积分方程，根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理，建立与微分方程初边值问题等价的积分表达式，这是有限元法的出发点。 (2) 区域单元剖分，根据求解区域的形状及实际问题的物理特点，将区域剖分为若干相互连接、不重叠的单元。区域单元划分是采用有限元方法的前期准备工作，这部分工作量比较大，除了给计算单元和节点进行编号和确定相互之间的关系之外，还要表示节点的位置坐标，同时还需要列出自然边界和本质边界的节点序号和相应的边界值。 （3) 确定单元基函数，根据单元中节点数目及对近似解精度的要求，选择满足一定插值条件的插值函数作为单元基函数。有限元方法中的基函数是在单元中选取的，由于各单元具有规则的几何形状，在选取基函数时可遵循一定的法则。 (4) 单元分析：将各个单元中的求解函数用单元基函数的线性组合表达式进行逼近;再将近似函数代入积分方程，并对单元区域进行积分，可获得含有待定系数(即单元中各节点的参数值)的代数方程组，称为单元有限元方程。 (5) 总体合成：在得出单元有限元方程之后，将区域中所有单元有限元方程按一定法则进行累加，形成总体有限元方程。 (6) 边界条件的处理：一般边界条件有三种形式，分为本质边界条件(狄里克雷边界条件)、自然边界条件(黎曼边界条件)、混合边界条件(柯西边界条件)。对于自然边界条件，一般在积分表达式中可自动得到满足。对于本质边界条件和混合边界条件，需按一定法则对总体有限元方程进行修正满足。 (7) 解有限元方程：根据边界条件修正的总体有限元方程组，是含所有待定未知量的封闭方程组，采用适当的数值计算方法求解，可求得各节点的函数值。
某场馆中复杂钢结构节点有限元分析 摘要：某局部布置带粘滞阻尼墙的钢框架-中心支撑体系的场馆，在梁柱与支撑 交叉的位置存在复杂的钢结构连接节点，需要对其进行有限元分析，本文即对场 馆中关键位置的复杂钢结构节点进行多工况有限元分析，该节点在荷载增加至标 准组合值时，仅在某些局部存在应力集中现象，在加载结束时梁翼缘大面积进入 塑性，与之相连的柱翼缘和衬板也进入了塑性。衬板有效地参与了受力，说明整 体分析模型的有限元模拟得出的结果可靠。 1引言 某场馆由两个单体组成，两个单体通过地下室连为一体，建筑面积约2万平 方米，两个单体均属于抗震超限建筑，结构体系为局部布置带粘滞阻尼墙的钢框 架-中心支撑体系，地下2层，地上4层。本工程由大量的斜柱及穿层柱钢支撑组成，在斜柱与钢支撑、钢梁交接的位置形成复杂的非正交多向钢结构节点，是设计、加工、施工的的难点和关键点。若采用梁柱节点、支撑与柱连接节点分别计 算进行截面设计，而不是采用整体分析模型进行设计，往往不能真实的反映受力 状态，因此有必要对复杂节点进行整体三维分析；针对形式复杂的节点研究，目 前主要有试验研究及有限元分析，该项目的节点形式在以往工程中出现较多，也 进行过大量的试验研究及有限元分析，关于该类型节点的整体有限元分析方法及 假定成熟，为此针对该项目中出现的典型节点形式进行整体有限元分析可得到可 靠的结果，同时本项目复杂节点处为斜柱，具有一定的工程代表性，通过本分析 研究可为其他类似工程的运用提供参考。 2典型梁、柱、支撑相交节点选取及示意 选取有代表性的斜柱、梁、支撑交叉典型节点，各节点几何模型及构件名称：如图1所示。 图1 典型梁、柱、支撑相交节点示意 各构件长度取值： a. 以梁的上翼缘所在平面为基准，将柱分成上、下两部分。柱的上部分，其长度取上层 楼层高度的一半；柱的下部分，其长度取下层楼层高度的一半。 b. 支撑的计算长度，取支撑全长的一半。 c. 梁的计算长度由“梁端弯矩“除以”梁端剪力“计算而得。梁端内力由盈建科（YJK）分析 而得，荷载取标准组合。各梁的梁端内力及计算长度如表1所示：各构件截面尺寸如表2所示： 表1 各梁梁端内力及计算长度 表2 构件尺寸 2.1材料属性 所有钢构件均采用Q345b钢材。在计算时，采用理想弹塑性模型，材料的弹性模量取 2.06x105（MPa），泊松比取0.27，屈服应力取310（MPa）。 2.2网格划分 所有板件均采用壳单元S4R模拟。在杆件交汇处网格有加密网格。在梁翼缘、支撑翼缘 与柱的交界处，在柱内设置衬板，其厚度取34mm。梁与柱、支撑与柱采取刚接。节点有限 元模型如下： 图2 节点整体模型
中国海洋大学本科生课程大纲 一、课程介绍 1.课程描述： 本课程是船舶与海洋工程专业重要的结构计算分析课程，通过多媒体教学和上机练习，系统学习结构有限元FEM的基本原理和方法，熟悉掌握通用的有限元软件ANSYS进行结构静力和动力分析的方法和步骤。 2.设计思路： 有限元方法是一种现代设计方法，应用于结构设计中，是一种具有重要经济意义和巨大潜力的先进结构设计技术。因此选择该课程作为结构设计方面的一门必修课程，主要介绍结构有限元的基本原理和方法，还选择了通用的有限元软件ANSYS进行示例分析。包括要求掌握有限元法的基本思想和基本原理、平面刚架结构的有限元法、弹性力学平面问题以及结构动力学问题的有限元基本理论，并通过通用的有限元软件ANSYS了解解决相关问题的过程，同时掌握ANSYS进行结构静力和模态分析的基本步骤和方法，了解ANSYS进行结构瞬态动力分析的基本步骤。 3.课程与其他课程的关系 先修课程：结构力学、弹性力学。本课程与结构力学和弹性力学相关，在掌握了结构分析的基本概念和方法之后才能很好地学习结构有限元分析。在后续课程中结构 - 3 -
有限元分析为学生在海洋平台设计课程设计及毕业设计中提供了结构分析的方法和软件工具。 二、课程目标 本课程的目标是学习掌握现代结构分析方法FEM，初步掌握通用的有限元软件ANSYS，为船舶与海洋工程结构设计、强度校核提供计算结果，为海洋结构动力响应分析提供建模基础。 三、学习要求 结构有限元分析是一门理论和实践性都很强的课程，在机房上课，人手一台计算机，强调实际ANSYS操作能力的培养。要达到以上学习任务，学生必须： （1）按时上课，上课认真听讲，积极参与结构分析典型案例分析。本课程将包含较多的课堂有限元ANSYS作业练习和课后结构有限元计算作业。 （2）保质保量地按时完成课堂ANSYS作业练习和课后结构有限元计算作业，每位学生一个账号通过网络提交课堂ANSYS作业，只有在各项作业中认真练习才能够不断提高ANSYS的操作水平和结构分析的技能。 四、教学内容 - 3 -
有限元法求解问题的基本步骤 1. 结构离散化 对整个结构进行离散化，将其分割成若干个单元，单元间彼此通过节点相连; 2. 求出各单元的刚度矩阵[K](e) [K](e)是由单元节点位移量{Q}(e)求单元节点力向量{F}(e)的转移矩阵，其关系式为：{F}(e)= [K](e) { O}(e); 3. 集成总体刚度矩阵[K]并写出总体平衡方程 总体刚度矩阵[K]是由整体节点位移向量{①}求整体节点力向量的转移矩阵，其关系式为{F}= [K] {①}，此即为总体平衡方程。 4. 引入支撑条件，求出各节点的位移 节点的支撑条件有两种：一种是节点n沿某个方向的位移为零，另一种是节点n沿某个方 向的位移为一给定值。
5. 求出各单元内的应力和应变 对于有限元方法，其基本思路和解题步骤可归纳为： (1)建立积分方程，根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理，建立与微分方程初边值问题等价的积分表达式，这是有限元法的出发点。 ⑵区域单元剖分，根据求解区域的形状及实际问题的物理特点，将区域剖分为若干相互连 接、不重叠的单元。区域单元划分是采用有限元方法的前期准备工作，这部分工作量比较大， 除了给计算单元和节点进行编号和确定相互之间的关系之外，还要表示节点的位置坐标，同时还需要列出自然边界和本质边界的节点序号和相应的边界值。 (3)确定单元基函数，根据单元中节点数目及对近似解精度的要求，选择满足一定插值条件 的插值函数作为单元基函数。有限元方法中的基函数是在单元中选取的，由于各单元具有规则的几何形状，在选取基函数时可遵循一定的法则。 (4)单元分析：将各个单元中的求解函数用单元基函数的线性组合表达式进行逼近；再将近 似函数代入积分方程，并对单元区域进行积分，可获得含有待定系数(即单元中各节点的参