ANSYS柱子稳定分析算例

基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析共3篇基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析1基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析随着城市化进程的不断加快，建筑高度和层数不断增加，高层建筑的结构安全问题越来越受到人们的关注。

而地震是高层建筑结构安全的关键因素之一，抗震设计成为高层建筑结构设计的重点之一。

而对于钢结构而言，钢材的高强度、可塑性好、适应性强等特点，使得钢结构成为高层建筑结构的重要选择。

本文将以基于ANSYS的高层钢结构为对象，探讨其抗震及稳定性分析。

1. 建立高层钢结构有限元模型在进行高层钢结构的抗震及稳定性分析前，需要先通过ANSYS 等有限元软件建立高层钢结构的有限元模型。

建立模型需要考虑高层钢结构的结构特点和工程实际情况，确定结构参数、节点分布及约束情况。

2. 高层钢结构抗震分析地震对高层建筑结构的影响主要体现在地震作用下建筑结构内部产生的地震应力和滞回曲线等。

因此，在进行高层钢结构的抗震分析时，需要考虑其受到的地震作用，分析结构内力和变形等参数。

首先，需要进行地震作用下钢结构模型的动力特性分析。

在这一步中，可以使用ANSYS中的模态分析功能，以得到结构在不同模态下的自然频率和振型。

其次，根据钢结构在地震作用下的动力特性，进行地震反应谱法抗力设计。

地震反应谱是描述结构在不同频率下受到地震作用时的反应的一种方法，可以分析结构受到的地震作用下的最大位移、加速度和力等参数。

对于高层钢结构，可以通过ANSYS中的响应谱分析功能进行计算。

最后，通过引入钢结构弹塑性性能纳入分析中，能够更加精准地分析高层钢结构在地震作用下的受力性能。

3. 高层钢结构稳定性分析高层钢结构的稳定性是结构设计或构件设计中必须考虑的重要问题。

高层钢结构结构体系复杂，其极限状态的稳定性较低。

在进行高层钢结构的稳定性分析时，需对结构进行屈曲分析，以了解梁和柱在地震作用下的稳定性。

在进行屈曲分析时，需要先得到高层钢结构构件的稳定系数。

ANSYS 入门教程- 结构的弹性稳定性分析2011-01-09 15:06:42| 分类：默认分类| 标签：|字号大中小订阅第7 章结构弹性稳定分析7.1 特征值屈曲分析的步骤7.2 构件的特征值屈曲分析7.3 结构的特征值屈曲分析一、结构失稳或结构屈曲：当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的增量，则结构的平衡位形将发生很大的改变，这种现象叫做结构失稳或结构屈曲。

结构稳定问题一般分为两类:★第一类失稳：又称平衡分岔失稳、分枝点失稳、特征值屈曲分析。

结构失稳时相应的载荷可称为屈曲载荷、临界载荷、压屈载荷或平衡分枝载荷。

★第二类失稳：结构失稳时，平衡状态不发生质变，也称极值点失稳。

结构失稳时相应的载荷称为极限载荷或压溃载荷。

●跳跃失稳：当载荷达到某值时，结构平衡状态发生一明显的跳跃，突然过渡到非邻近的另一具有较大位移的平衡状态。

可归入第二类失稳。

★结构弹性稳定分析= 第一类稳定问题ANSYS 特征值屈曲分析（Buckling Analysis）。

★第二类稳定问题ANSYS 结构静力非线性分析，无论前屈曲平衡状态或后屈曲平衡状态均可一次求得，即“全过程分析”。

这里介绍ANSYS 特征值屈曲分析的相关技术。

在本章中如无特殊说明，单独使用的“屈曲分析”均指“特征值屈曲分析”。

7.1 特征值屈曲分析的步骤①创建模型②获得静力解③获得特征值屈曲解④查看结果一、创建模型注意三点：⑴仅考虑线性行为。

若定义了非线性单元将按线性单元处理。

刚度计算基于初始状态（静力分析后的刚度），并在后续计算中保持不变。

⑵必须定义材料的弹性模量或某种形式的刚度。

非线性性质即便定义了也将被忽略。

⑶单元网格密度对屈曲载荷系数影响很大。

例如采用结构自然节点划分时（一个构件仅划分一个单元）可能产生100% 的误差甚至出现错误结果，尤其对高阶屈曲模态的误差可能更大，其原因与形成单元应力刚度矩阵有关。

经验表明，仅关注第1 阶屈曲模态及其屈曲载荷系数时，每个自然杆应不少于 3 个单元。

1问题描述桩基础是桥梁工程中广泛应用的重要基础形式之一。

如果场地浅层土的承载力低，无法满足桥梁结构对地基变形和承载力的要求时，需要考虑采用柱基础。

此次课程设计模拟了混泥土桩基（摩擦型）在竖向均布荷载作用下的反应。

具体设计资料如下：1.1柱基础假定场地的软弱土层较厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上，桩顶的荷载主要靠桩身与土体之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可以忽略不计。

桩身采用C20混泥土，混泥E=3.2×1010N/m2，混泥土密度2500 KG/m3，混泥土泊松比0.167。

土抗压弹性模量C1.2土体由于桩基对周围土体的影响随着深度和影响半径的增大而逐渐减小，因此土体按照有限E=2.6×108N/m2，土体密度体积来考虑。

假设桩身周围的土体均质，土体的抗压弹性模量C1900 KG/m3，土体的泊松比0.42，桩基与周围土体的摩擦系数取0.2。

1.3荷载状况桥跨上部结构传递下来的荷载简化成竖向均布荷载，直接作用于桩基础顶部，不考虑水平力和弯矩的影响。

竖向均布荷载设计值为50×104Pa。

2单元的选择2.1桩基础混凝土桩基础，采用SOLID45单元。

SOLID45单元是八节点三维实体单元,每一个节点具有三个自由度。

单元的几何形状、结点位置和单元坐标系如图1所示。

该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化以及大变形大应变和模拟各向异性等功能,所以模型中的桩基础混凝土单元采用SOLID45实体单元。

图1 SOLID45单元2.2土体土体单元选择170，土体与桩基的接触单元选择173。

ANSYS中能用于岩土材料的模型只有DP模型。

DP模型是理想弹塑性模型，理想弹塑性即应力达到屈服极限以后，应力不再增大，但是应变会一直增大。

ANSYS中设定DP模型需要输入3个参数，粘聚力，内摩擦角，膨胀角，其中的膨胀角是用来控制体积膨胀的大小的。

在岩土工程中，一般密实的砂土和超强固结土在发生剪切的时候会出现体积膨胀，因为颗粒重新排列了；而一般的砂土或者正常固结的土体，只会发生剪缩。

本例题为为双层框架结构，下层高4m，上层高8m，横梁长度为8m，截面采用两种截面，竖杆为A=0.1，横梁为A=0.12，，只是简单给出截面特性数据，并未具体画出截面。

其中材料为钢材，弹性模量，泊松比为μ=0.3，密度ρ=7800kg/。

荷载为均布荷载，大小为。

自重加速度采用。

结构节点图如下：程序如下：finish$/clear$/prep7l=8$h1=4$h2=8$q=1e6k,1$k,2,l$k,3,,h1$k,4,l,h1$k,5,,h1+h2$k,6,l,ky(5)l,1,3$l,3,5$l,2,4$l,4,6l,3,4$l,5,6et,1,beam3$mp,ex,1,2.1e11$mp,prxy,1,0.3$mp,dens,1,7800 r,1,0.1,0.001,0.3$r,2,0.12,0.0016,0.4lesize,all,,,5lsel,s,,,1,4$latt,1,1,1lsel,s,,,5,6$latt,1,2,1lsel,all$lmesh,alldk,1,all$dk,2,alllsel,s,loc,y,h1+h2esll,s$sfbeam,all,1,pres,qallsel,allacel,,9.8/solu$antype,0$pstres,on$solve$finish/solu$antype,1$bucopt,lanb,4$mxpand,4$solve/post1$set,listset,1,1$pldispset,1,2$pldispset,1,3$pldispset,1,4$pldisp程序的计算式是不准确的，因为程序求解=屈曲系数（自重+活载），而实际求解=1.0（自重+K活载）我们所希望获得的是K值的大小，通过下面程序可以后的一阶K值：K=1.0*dowhile,errfinish$/solu$antype,0$acel,,9.8fkdele,all,all$fk,2,fy,-q*kpstres,on$solve$finish/solu$antype,1$bucopt,lanb,1$solve*get,freq1,mode,1,freq*if,abs(freq1-1),le,err,then*exit*elsek=k*freq1$*endif*enddo但是由于知识有限无法输出，只能输出屈曲系数以粗略看做该荷载的安全系数,采用了自重较小的结构，尽量缩小两个值之间的差距。

第三章几何非线性与屈曲分析3.1 几何非线性3.1.1 大应变效应一个结构的总刚度依赖于它的组成部件（单元）的方向和单刚。

当一个单元的结点经历位移后，那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变。

首先，如果这个单元的形状改变，它的单元刚度将改变（图3-1(a) ）。

其次，如果这个单元的取向改变，它的局部刚度转化到全局部件的变换也将改变（图3-1（b））。

小的变形和小的应变分析假定位移小到足够使所得到的刚度改变无足轻重。

这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移（什么时候使用“小”变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级）。

相反，大应变分析考虑由单元的形状和取向改变导致的刚度改变。

因为刚度受位移影响，且反之亦然，所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移。

通过发出NLGEOM ，ON（GUI路径Main Menu>Solution>Analysis Options)，来激活大应变效应。

这种效应改变单元的形状和取向，且还随单元转动表面载荷。

（集中载荷和惯性载荷保持它们最初的方向。

）在大多数实体单元（包括所有的大应变和超弹性单元），以及部分的壳单元中大应变特性是可用的。

在ANSYS/Linear Plus程序中大应变效应是不可用的。

图3-1 大应变和大转动大应变过程对单元所承受的总旋度或应变没有理论限制。

（某些ANSYS单元类型将受到总应变的实际限制──参看下面。

）然而，应限制应变增量以保持精度。

因此，总载荷应当被分成几个较小的步，这可用〔NSUBST ，DELTIM ，AUTOTS 〕命令自动实现(通过GUI路径Main Menu>Solution>Time/Frequent)。

无论何时如果系统是非保守系统，如在模型中有塑性或摩擦，或者有多个大位移解存在，如具有突然转换现象，使用小的载荷增量具有双重重要性。

3.1.2 应力－应变在大应变求解中，所有应力─应变输入和结果将依据真实应力和真实（或对数）应变（一维时，真实应变将表示为ε=Ln(l/l 0 ) 。

第2卷第2期2007年4月中　国　舰　船　研　究Chinese Journal of Shi p Research Vol .2No .2Ap r .2007收稿日期:2006-12-20作者简介:吴广明(1976-),男,博士。

研究方向:船舶结构。

E 2mail:wuguang_701@sina .com用ANSYS 进行甲板板架稳定性计算吴广明(中国舰船研究设计中心,上海201102)摘　要:研究了用ANSYS 软件进行线弹性甲板板架稳定性计算的实用方法。

介绍了采用ANSYS 进行结构稳定性计算的理论及结构失稳计算的一般步骤,用支柱稳定性计算和板稳定性算例验证了ANSYS 线弹性结构失稳计算的正确性,以此为基础研究了用ANSYS 对甲板板架失稳的计算方法。

通过对未简化和简化的两种甲板板架有限元模型的计算,表明采用简化的板架有限元模型可方便获得甲板板架结构的整体欧拉应力值。

关键词:结构稳定性;ANSYS;甲板板架;屈曲;失稳中图分类号:U661.43 文献标识码:A 文章编号:1673-3185(2007)02-05-04Stab ility Ca lcula tion of D eck Gr ill age Usi n g ANSY S SoftwareW u Guang 2m ing(China Shi p Devel opment and Design Center,Shanghai 201102,China )Abstract:A p ractical method f or stability calculati on of deck grillage structure by using ANSYS s oft w are was studied .The theory of structural stability calculati on and step s in buckling calculati on by ANSYS was introduced .I n the study,the correctness of calculated buckling by ANSYS wasverified on the basis of p illar and p late stability calculati on .T wo methods f or buckling calculati on of grillage structure were p resented:one is the detailed ANSYS finite element model,and the other the si m p lified .The results showed that the si m p lified method could easily obtain the buckling stress of grillage structure .Key words:structural stability;ANSYS;deck grillage;buckling;instability1　引　言船舶结构稳定性分析是船舶结构强度理论的一个重要分支,它对保证船舶结构的强度安全是至关重要的。