瞬態熱應力分析例子
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1．1．2 分析問題簡介
分析問題為一3層3跨連續框架，層高3米，柱間距5.5米。所有柱腳固定，右側右側向支撐。柱頂受集中荷載，荷載值為外側柱75.5kN, 內側柱151kN. 所有橫梁受均布荷載25.4kN/m。梁和柱均為標準工型截面，其尺寸如下：
高 寬 翼緣厚度 腹板厚度
梁 0.3038 0.165 0.0102 0.0061
柱 0.2062 0.2039 0.0125 0.0083
假定底層左端一防火間發生火災，該防火間內溫度隨時間按標準火模型上升。分析結構的變形。
防火間具有防止火災蔓延和隔絕熱量傳遞的作用。因此，僅防火間內部的結構構件會有明顯的溫度上升。 ANSYS的梁單元僅能模擬沿截面線性溫度分布。為了能準確模擬截面的非均勻溫度分布和捕捉局部屈曲等現象，構成防火間的梁和柱將采用殼或體單元，其余部分采用梁單元。兩者接合處采用約束方程以保證變形協調。
在進行傳熱學分析時，假定梁和柱的構造形式如下圖所示：柱的腹部有磚墻，因此，僅朝防火間的翼緣受到熱作用。梁上部托混凝土樓板，因此，除上翼緣上表面外的所有表面均受到熱作用（如圖中虛線所示為受熱邊界）。熱量以對流和輻射的形式從熱空氣傳遞到結構表面，又以傳導的形式在結構內部傳播。
！首先進行傳熱學分析
/PREP7
/TITLE,Part 1:heat transfer analysis
ET,1,SOLID70 ！定義單元類型
！-----------------------------------------------------------------
！定義參數
！-----------------------------------------------------------------
W_col=0.2039 ！柱截面寬度
H_col=0.2062 ！柱截面高度
tf_col=0.0125 ！柱翼緣厚度
tw_col=0.0083 ！柱腹板厚度
B_col=(W_col-tw_col)/2 ！柱翼緣伸出長度
D_col=H_col-2*tf_col ！柱腹板凈高
W_beam=0.165 ！梁截面寬度
H_beam=0.3038 ！梁截面高度
tf_beam=0.0102 ！梁翼緣厚度
tw_beam=0.0061 ！梁腹板厚度
B_beam=(W_beam-tw_beam)/2 ！梁翼緣伸出長度
D_beam=H_beam-2*tf_beam ！梁腹板凈高
Dis_hor=5.5 ！框架水平跨間距
Dis_ver=3.0 ！框架豎向層高
pp=(W_col-W_beam)/2
！----------------------------------------------------------------------------------
！定義熱分析材料特性
！----------------------------------------------------------------------------------
！熱分析需要定義的材料特性包括導熱性，比熱，密度等
MPTEMP,,20,800,900,1000 ！定義隨溫度變化的鋼材的導熱性
MPDATA,KXX,1,,53.334,27.36,27.36,27.36
MPTEMP ！清除溫度場
MPTEMP,,20,100,180,260,380 ！定義隨溫度變化的鋼材的比熱
MPDATA,C,1,,439.8,487.62,522.33,550.75,596.52
MPTEMP,,500,600,640,720,735
MPDATA,C,1,,666.5,759.92,798.67,1388,5000
MPTEMP,,750,830,900,1000
MPDATA,C,1,,1483,725,650,650
MP,DENS,1,7850 ！定義鋼材的密度
！---------------------------------------------------------------------------------
！建立分析模型
！---------------------------------------------------------------------------------
！采用直接生成節點和單元的辦法建立實體模型。框架除防火間以外的部分不參與傳熱
！反應。因此，僅建立防火間的分析模型
！生成第一根柱
N,1,-H_col/2,,-W_col/2 ！產生構成柱截面的節點
N,2,-H_col/2,,-W_col/2+pp
NGEN,4,1,2,,,,,(B_col-pp)/3
N,6,-H_col/2,,tw_col/2
NGEN,4,1,6,,,,,(B_col-pp)/3
N,10,-H_col/2,,W_col/2
NGEN,2,10,1,10,1,tf_col
NGEN,10,6,15,16,1,D_col/10
NGEN,2,60,11,20,1,D_col
NGEN,2,10,71,80,1,tf_col
NGEN,2,100,all,,,,(Dis_ver-H_beam/2)/60 ！將已生成的節點沿y方向偏移
！(Dis_ver-H_beam/2)/60拷貝一層
！節點號加100
E,1,2,12,11,101,102,112,111 ！生成第一層單元
EGEN,9,1,1
E,15,16,22,21,115,116,122,121
EGEN,10,6,10
E,71,72,82,81,171,172,182,181
EGEN,9,1,20
EGEN,60,100,1,28,1,,,,,,0,(Dis_ver-H_beam/2)/60 ！將第一層單元沿y方向拷貝60層
！生成第一根柱
！將柱的模型繼續向上延伸梁的截面高度，生成梁柱節點。
！節點處單元尺寸盡量與梁的截面單元尺寸一致。
NSEL,S,NODE,,6001,6090,1 ！沿梁的翼緣厚度生成一層單元
NGEN,2,100,ALL,,,,tf_beam
EGEN,2,100,1653,1680,1
NSEL,ALL
NSEL,S,NODE,,6101,6190 ！沿梁的腹板高度生成10層單元
NGEN,11,100,ALL,,,,D_beam/10
EGEN,11,100,1681,1708,1
NSEL,ALL
NSEL,S,NODE,,7101,7190 ！繼續沿梁的翼緣厚度生成一層單元
NGEN,2,100,ALL,,,,tf_beam
EGEN,2,100,1961,1988,1
NSEL,ALL
！將實體模型的柱向上延伸H_beam的高度，避免梁單元和實體單元在
！梁柱節點處切換
NSEL,S,NODE,,7201,7290 ！生成6層單元，每層高H_beam/6
NGEN,7,100,ALL,,,,H_beam/6
EGEN,7,100,1989,2016,1
NSEL,ALL
！第一根實體模型柱完成。
！共計：節點79層，每層編號1-90， 逐層加100，頂層編號7801-7890
！單元78層，自動編號。每層28個，共28*78=2184個
！生成第二根柱及梁柱節點
NGEN,2,10000,ALL,,,Dis_hor ！從第一根柱拷貝所有的節點
！節點號加10000
EGEN,2,10000,1,2184,1 ！從第一根柱拷貝所有的單元
！生成梁
！梁被夾在兩根柱之間，實際長度為Dis_hor-H_col
N,20001,H_col/2,Dis_ver-H_beam/2,-W_beam/2
！生成梁的截面的所有節點
！梁的節點編號從20001開始
NGEN,4,1,20001,,,,,B_beam/3
N,20005,H_col/2,Dis_ver-H_beam/2,tw_beam/2
NGEN,4,1,20005,,,,,B_beam/3
NGEN,2,10,20001,20008,1,,tf_beam
NGEN,10,6,20014,20015,1,,D_beam/10
NGEN,2,60,20011,20018,1,,D_beam
NGEN,2,10,20071,20078,1,,tf_beam
NGEN,2,100,20001,20090,,(Dis_hor-H_col)/100 ！沿x方向偏移(Dis_hor-H_col)/100
！拷貝一層節點
E,20001,20002,20012,20011,20101,20102,20112,20111 ！生成梁的第一層截面單元
！兩根柱單元總數為4368
！故梁的單元編號從4369開始
EGEN,7,1,4369
E,20014,20015,20021,20020,20114,20115,20121,20120
EGEN,10,6,4376
E,20071,20072,20082,20081,20171,20172,20182,20181
EGEN,7,1,4386
EGEN,100,100,4369,4392,1,,,,,,(Dis_hor-H_col)/100 ！沿x方向拷貝100層生成整根梁
！梁的實體模型完成
！總計：梁的節點為101層，每層編號1-88。從20001開始，逐層加100
！左端截面的節點為20001-20088； 右端截面的節點為30001-30088
！每層單元數為24個，總計24*100=2400個。單元編號為4369-6768
！-------------------------------------------------------------------------------
！建立梁和柱連接處的耦合關系
！-------------------------------------------------------------------------------
！自動耦合所有節點坐標重合的節點。梁翼緣的節點和柱的側面完全重合，可以自動耦合。
！梁腹板的節點距離柱側面相應節點的距離為(tw_col-tw_beam)/2=0.0011
！因此，設置耦合誤差為0.002時，也能自動耦合。
CPINTF,all,0.002
FINISH
！--------------------------------------------------------------------------------
！定義邊界條件，并求解
！--------------------------------------------------------------------------------
/SOLU
ANTYPE,TRANS ！定義分析類型
TUNIF,20 ！定義初始溫度
AUTOTS,ON ！打開自動步長控制
DELTIM,20 ！定義初始時間步長
STEF,5.6696E-8 ！定義
TOFFST,273 ！定義絕對溫度偏差
！定義受到火的熱作用的邊界
NSEL,S,NODE,,71,6071,100 ！選擇第一根柱右側翼緣的節點，
！定義為HTbound1
*DO,i,80,90,1
NSEL,A,NODE,,i,6000+i,100
*ENDDO
CM,HTbound1,NODE
NSEL,S,NODE,,10020,16020,100 ！選擇第二根柱左側翼緣的節點，
！定義為HTbound2
*DO,i,10001,10011,1
NSEL,A,NODE,,i,6000+i,100
*ENDDO
CM,HTbound2,NODE
NSEL,S,NODE,,20001,30090,100 ！選擇梁除上翼緣上表面外所有的面
！定義為HTbound3
*DO,i,20081,20090,1
NSEL,U,NODE,,i,10000+i,100
*ENDDO
CM,HTbound3,NODE
！施加熱邊界條件并求解
*DO,tm,60,180,60 ！定義時間參數tm從60到600（秒）
Time,tm ！當前時間為tm
Temp=20+345*LOG10(8*tm/60+1) ！計算環境空氣溫度
SF,HTbound1,CONV,25,Temp ！對邊界HTbound1施加對流作用
SF,HTbound2,CONV,25,Temp ！對邊界HTbound2施加對流作用
SF,HTbound3,CONV,25,Temp ！對邊界HTbound3施加對流作用
SF,HTbound1,RDSF,0.9,1 ！定義HTbound1為第一個熱輻射場
SF,HTbound2,RDSF,0.9,2 ！定義HTbound2為第二個熱輻射場
SF,HTbound3,RDSF,0.9,3 ！定義HTbound3為第三個熱輻射場
SPCTEMP,1,Temp ！定義第一個熱輻射場的環境溫度
SPCTEMP,1,Temp ！定義第二個熱輻射場的環境溫度
SPCTEMP,1,Temp ！定義第三個熱輻射場的環境溫度
SOLVE ！求解
*ENDDO
FINISH
/POST1
PLNSOL,TEMP,,0,
FINISH
！--------------------------------------------------------------------------------------
！結構分析
！--------------------------------------------------------------------------------------
/PREP7
/TITLE,Part 2: structural analysis
ET,1,SOLID45,1,1 ！對應于SOLID70的結構單元
！為SOLID45
ET,2,BEAM188 ！單元類型2
！------------------------------------------------------------------------------
！定義結構分析材料特性
！------------------------------------------------------------------------------
fy=275E+6 ！常溫下屈服應力
exx=2.1E+11 ！常溫下楊氏模量
MPTEMP ！清楚原來的溫度場
MPTEMP,,20,100,200,300,400 ！定義隨溫度變化的楊氏模量
MPDATA,EX,1,,exx,0.9*exx,0.8*exx,0.7*exx
MPTEMP,,500,600,700,800,900
MPDATA,EX,1,,0.6*exx,0.31*exx,0.13*exx,0.09*exx,0.0675*exx
MP,NUXY,1,0.3 ！定義泊松比
MP,ALPX,1,1.4E-5 ！定義熱膨脹系數
!
TB,MISO,1,10,3 ！定義隨溫度變化的應力-應變關系
TBTEMP,20 ！20度時的應力-應變關系
TBPT,,fy/exx,fy
TBPT,,0.02,fy
TBPT,,0.15,fy
!
TBTEMP,100 ！100度時的應力-應變關系
TBPT,,fy/exx,fy
TBPT,,0.02,fy
TBPT,,0.15,fy
!
TBTEMP,200 ！200度時的應力-應變關系
TBPT,,0.807*fy/(0.9*exx),0.807*fy
TBPT,,0.02,fy
TBPT,,0.15,fy
!
TBTEMP,300 ！300度時的應力-應變關系
TBPT,,0.613*fy/(0.8*exx),0.613*fy
TBPT,,0.02,fy
TBPT,,0.15,fy
!
TBTEMP,400 ！400度時的應力-應變關系
TBPT,,0.420*fy/(0.7*exx),0.420*fy
TBPT,,0.02,fy
TBPT,,0.15,fy
!
TBTEMP,500 ！500度時的應力-應變關系
TBPT,,0.360*fy/(0.6*exx),0.360*fy
TBPT,,0.02,0.780*fy
TBPT,,0.15,0.780*fy
!
TBTEMP,600 ！600度時的應力-應變關系
TBPT,,0.180*fy/(0.310*exx),0.180*fy
TBPT,,0.02,0.470*fy
TBPT,,0.15,0.470*fy
!
TBTEMP,700 ！700度時的應力-應變關系
TBPT,,0.075*fy/(0.130*exx),0.075*fy
TBPT,,0.02,0.230*fy
TBPT,,0.15,0.230*fy
!
TBTEMP,800 ！800度時的應力-應變關系
TBPT,,0.050*fy/(0.090*exx),0.050*fy
TBPT,,0.02,0.110*fy
TBPT,,0.15,0.110*fy
!
TBTEMP,900 ！900度時的應力-應變關系
TBPT,,0.0375*fy/(0.0675*exx),0.0375*fy
TBPT,,0.02,0.060*fy
TBPT,,0.15,0.060*fy
！------------------------------------------------------------------------------
！定義梁和柱的截面特性
！------------------------------------------------------------------------------
SECTYPE,1,beam,I,column ！定義柱截面為截面類型1
SECDATA,W_col,W_col,H_col,tf_col,tf_col,tw_col
SECTYPE,2,beam,I,beam ！定義梁截面為截面類型2
SECDATA,W_beam,W_beam,H_beam,tf_beam,tf_beam,tw_beam
！----------------------------------------------------------------------------
！用梁單元建立框架的剩余部分的模型
！---------------------------------------------------------------------------
K,1,,Dis_ver+H_beam*1.5 ！定義生成框架的關鍵點
K,2,,2*Dis_ver
K,3,,3*Dis_ver
K,4,Dis_hor,Dis_ver+H_beam*1.5
K,5,Dis_hor,2*Dis_ver
K,6,Dis_hor,3*Dis_ver
K,7,Dis_hor+H_col/2,Dis_ver
K,8,2*Dis_hor
K,9,2*Dis_hor,Dis_ver
K,10,2*Dis_hor,2*Dis_ver
K,11,2*Dis_hor,3*Dis_ver
K,12,3*Dis_hor
K,13,3*Dis_hor,Dis_ver
K,14,3*Dis_hor,2*Dis_ver
K,15,3*Dis_hor,3*Dis_ver
!
K,100,-3,3 ！定義用于確定梁的主軸方向的
！關鍵點
K,200,5,20
！生成線
L,1,2 ！線1-10為柱
L,2,3
L,4,5
L,5,6
L,8,9
L,9,10
L,10,11
L,12,13
L,13,14
L,14,15
L,2,5 ！線11-18為梁
L,3,6
L,7,9
L,5,10
L,6,11
L,9,13
L,10,14
L,14,15
！定義線的屬性
LSEL,S,LINE,,1,10,1 ！定義線1-10 （柱）的屬性
LATT,1,,2,,100,,1
LSEL,ALL
LSEL,S,LINE,,11,18,1 ！定義線11-18（梁）的屬性
LATT,1,,2,,200,,2
LSEL,ALL
！劃分單元
LESIZE,ALL,0.3 ！定義單元尺寸
LEMESH,ALL ！劃分單元
！---------------------------------------------------------------------------
！建立耦合與約束關系
！---------------------------------------------------------------------------
CPINTF,ALL,0.002 ！自動耦合實體模型部分
！實體模型和線模型之間有三個接口：兩個柱端的連接，以及底層中跨的梁左端連接到
！第二根實體柱的側面
！建立關鍵點1和第一根柱柱端的連接
！實體模型和線模型之間有三個接口：兩個柱端的連接，以及底層中跨的梁左端連接到第二根實體柱的側面
！建立關鍵點1和第一根柱柱端的連接
N1=NODE(0,Dis_ver+H_beam*1.5,0) ！找到對應于關鍵點1的節點號
num=0 ！num用于標記約束方程的編號
*DO,k,7801,7820,1 ！建立柱端一翼緣節點和節點N1之間繞Z軸轉動的約束關系
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N1,UY,-1,N1,ROTZ,-DX
*ENDDO
*DO,k,7871,7890,1 ！建立柱端另一翼緣節點和節點N1之間繞Z軸轉動的約束關系
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N1,UY,-1,N1,ROTZ,-DX
*ENDDO
*DO,k,7821,7869,1 ！建立柱端腹板節點和節點N1之間繞Z軸轉動的約束關系
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N1,UY,-1,N1,ROTZ,-DX
num=num+1
DX=NX(k+1)
CE,num,0,k+1,UY,1,N1,UY,-1,N1,ROTZ,-DX
*ENDDO
NSEL,S,NODE,,N1 ！耦合節點N1和柱端腹板節點
！在X方向的位移
NSEL,A,NODE,,7821,7869,6
NSEL,A,NODE,,7822,7870,6
CP,NEXT,UX,ALL
NSEL,ALL
！類似地，建立關鍵點4和第二根柱端的連接
N4=NODE(Dis_hor,Dis_ver+H_beam*1.5,0)
*DO,k,17801,17820,1
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N4,UY,-1,N4,ROTZ,-DX
*ENDDO
*DO,k,17871,17890,1
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N4,UY,-1,N4,ROTZ,-DX
*ENDDO
*DO,k,17821,17869,1
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N4,UY,-1,N4,ROTZ,-DX
num=num+1
DX=NX(k+1)
CE,num,0,k+1,UY,1,N4,UY,-1,N4,ROTZ,-DX
*ENDDO
NSEL,S,NODE,,N4
NSEL,A,NODE,,17821,17869,6
NSEL,A,NODE,,17822,17870,6
CP,NEXT,UX,ALL
NSEL,ALL
！建立梁端關鍵點7和柱側面的連接
N7=NODE(Dis_hor+H_col/2,Dis_ver,0) ！對應于關鍵點7的節點為N7
*DO,i,16000,16100,100 ！建立梁的上翼緣的轉動約束
*DO,j,81,90,1
num=num+1
DY=NY(i+j)-Dis_ver
CE,num,0,i+j,UX,1,N7,UX,-1, N7,ROTZ,DY
*ENDDO
*ENDDO
*DO,i,17100,17200,100 ！建立梁的下翼緣的轉動約束
*DO,j,81,90,1
num=num+1
DY=NY(i+j)-Dis_ver
CE,num,0,i+j,UX,1,N7,UX,-1, N7,ROTZ,DY
*ENDDO
*ENDDO
NSEL,S,NODE,,N7 ！耦合梁的腹板與柱的側面沿
！Y方向的位移
NSEL,A,NODE,,16285,17085,100
NSEL,A,NODE,,16286,17086,100
CP,NEXT,UY,ALL
NSEL,ALL
FINISH
/SOLU
ANTYPE,0 ！靜力分析
TREF,20 ！參考溫度為20
NLGEOM,ON ！設置大變形效應
！-----------------------------------------------------------------------------
！施加靜力分析荷載與邊界條件
！-----------------------------------------------------------------------------
NSEL,S,LOC,Y,0 ！所有柱腳固定
D,ALL,ALL
NSEL,ALL
DK,13,UX ！框架右端設水平支撐
DK,14,UX
DK,15,UX
DK,ALL,UZ ！所有梁柱節點處設平面外支撐
DK,ALL,ROTX ！所有梁柱節點處設扭轉約束
DK,ALL,ROTY
FK,3,FY,-75500 ！柱頂集中力
FK,6,FY,-151000
FK,11,FY,-151000
FK,15,FY,-75500
LSEL,S,LINE,,11,18,1 ！對所有線單元施加橫梁均布荷載
ESLL,S
SFBEAM,ALL,,PRES,25400
ESEL,ALL
LSEL,ALL
NSEL,S,NODE,,20084,30084,100 ！對實體梁在腹板上部施加面均布
！荷載
NSEL,A,NODE,,20085,30085,100
SF,ALL,PRES,25400/tw_beam
NSEL,ALL
！----------------------------------------------------------------------------
！設置時間步長并求解
！----------------------------------------------------------------------------
TIME,1 ！第一步常溫下的反應分析，時間為1
DELTIM,0.2 ！初始步長0.2
SOLVE ！求解
*DO,tm,60,180,60 ！設置時間從60到180，步長60
TIME,tm ！當前時間為tm
LDREAD,TEMP,,,tm,,,RTH ！讀入時間tm時的溫度分布
DELTIM,20 ！初始步長20
SOLVE ！求解
*ENDDO
FINISH
/POST1 ！后處理
PLNSOL,U,Y ！畫出框架的變形和沿Y方向的變形
FINISH
/POST26 ！時間后處理
NSOL,2,25005,U,Y ！定義變量UY-梁的跨中撓度
NSOL,3,20004,U,X ！定義變量UX-梁的左端伸出長度
PLVAR,2,3 ！畫出以上變量隨時間的變化關系
FINISH
附件地址： http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=6699
分析問題為一3層3跨連續框架，層高3米，柱間距5.5米。所有柱腳固定，右側右側向支撐。柱頂受集中荷載，荷載值為外側柱75.5kN, 內側柱151kN. 所有橫梁受均布荷載25.4kN/m。梁和柱均為標準工型截面，其尺寸如下：
高 寬 翼緣厚度 腹板厚度
梁 0.3038 0.165 0.0102 0.0061
柱 0.2062 0.2039 0.0125 0.0083
假定底層左端一防火間發生火災，該防火間內溫度隨時間按標準火模型上升。分析結構的變形。
防火間具有防止火災蔓延和隔絕熱量傳遞的作用。因此，僅防火間內部的結構構件會有明顯的溫度上升。 ANSYS的梁單元僅能模擬沿截面線性溫度分布。為了能準確模擬截面的非均勻溫度分布和捕捉局部屈曲等現象，構成防火間的梁和柱將采用殼或體單元，其余部分采用梁單元。兩者接合處采用約束方程以保證變形協調。
在進行傳熱學分析時，假定梁和柱的構造形式如下圖所示：柱的腹部有磚墻，因此，僅朝防火間的翼緣受到熱作用。梁上部托混凝土樓板，因此，除上翼緣上表面外的所有表面均受到熱作用（如圖中虛線所示為受熱邊界）。熱量以對流和輻射的形式從熱空氣傳遞到結構表面，又以傳導的形式在結構內部傳播。
！首先進行傳熱學分析
/PREP7
/TITLE,Part 1:heat transfer analysis
ET,1,SOLID70 ！定義單元類型
！-----------------------------------------------------------------
！定義參數
！-----------------------------------------------------------------
W_col=0.2039 ！柱截面寬度
H_col=0.2062 ！柱截面高度
tf_col=0.0125 ！柱翼緣厚度
tw_col=0.0083 ！柱腹板厚度
B_col=(W_col-tw_col)/2 ！柱翼緣伸出長度
D_col=H_col-2*tf_col ！柱腹板凈高
W_beam=0.165 ！梁截面寬度
H_beam=0.3038 ！梁截面高度
tf_beam=0.0102 ！梁翼緣厚度
tw_beam=0.0061 ！梁腹板厚度
B_beam=(W_beam-tw_beam)/2 ！梁翼緣伸出長度
D_beam=H_beam-2*tf_beam ！梁腹板凈高
Dis_hor=5.5 ！框架水平跨間距
Dis_ver=3.0 ！框架豎向層高
pp=(W_col-W_beam)/2
！----------------------------------------------------------------------------------
！定義熱分析材料特性
！----------------------------------------------------------------------------------
！熱分析需要定義的材料特性包括導熱性，比熱，密度等
MPTEMP,,20,800,900,1000 ！定義隨溫度變化的鋼材的導熱性
MPDATA,KXX,1,,53.334,27.36,27.36,27.36
MPTEMP ！清除溫度場
MPTEMP,,20,100,180,260,380 ！定義隨溫度變化的鋼材的比熱
MPDATA,C,1,,439.8,487.62,522.33,550.75,596.52
MPTEMP,,500,600,640,720,735
MPDATA,C,1,,666.5,759.92,798.67,1388,5000
MPTEMP,,750,830,900,1000
MPDATA,C,1,,1483,725,650,650
MP,DENS,1,7850 ！定義鋼材的密度
！---------------------------------------------------------------------------------
！建立分析模型
！---------------------------------------------------------------------------------
！采用直接生成節點和單元的辦法建立實體模型。框架除防火間以外的部分不參與傳熱
！反應。因此，僅建立防火間的分析模型
！生成第一根柱
N,1,-H_col/2,,-W_col/2 ！產生構成柱截面的節點
N,2,-H_col/2,,-W_col/2+pp
NGEN,4,1,2,,,,,(B_col-pp)/3
N,6,-H_col/2,,tw_col/2
NGEN,4,1,6,,,,,(B_col-pp)/3
N,10,-H_col/2,,W_col/2
NGEN,2,10,1,10,1,tf_col
NGEN,10,6,15,16,1,D_col/10
NGEN,2,60,11,20,1,D_col
NGEN,2,10,71,80,1,tf_col
NGEN,2,100,all,,,,(Dis_ver-H_beam/2)/60 ！將已生成的節點沿y方向偏移
！(Dis_ver-H_beam/2)/60拷貝一層
！節點號加100
E,1,2,12,11,101,102,112,111 ！生成第一層單元
EGEN,9,1,1
E,15,16,22,21,115,116,122,121
EGEN,10,6,10
E,71,72,82,81,171,172,182,181
EGEN,9,1,20
EGEN,60,100,1,28,1,,,,,,0,(Dis_ver-H_beam/2)/60 ！將第一層單元沿y方向拷貝60層
！生成第一根柱
！將柱的模型繼續向上延伸梁的截面高度，生成梁柱節點。
！節點處單元尺寸盡量與梁的截面單元尺寸一致。
NSEL,S,NODE,,6001,6090,1 ！沿梁的翼緣厚度生成一層單元
NGEN,2,100,ALL,,,,tf_beam
EGEN,2,100,1653,1680,1
NSEL,ALL
NSEL,S,NODE,,6101,6190 ！沿梁的腹板高度生成10層單元
NGEN,11,100,ALL,,,,D_beam/10
EGEN,11,100,1681,1708,1
NSEL,ALL
NSEL,S,NODE,,7101,7190 ！繼續沿梁的翼緣厚度生成一層單元
NGEN,2,100,ALL,,,,tf_beam
EGEN,2,100,1961,1988,1
NSEL,ALL
！將實體模型的柱向上延伸H_beam的高度，避免梁單元和實體單元在
！梁柱節點處切換
NSEL,S,NODE,,7201,7290 ！生成6層單元，每層高H_beam/6
NGEN,7,100,ALL,,,,H_beam/6
EGEN,7,100,1989,2016,1
NSEL,ALL
！第一根實體模型柱完成。
！共計：節點79層，每層編號1-90， 逐層加100，頂層編號7801-7890
！單元78層，自動編號。每層28個，共28*78=2184個
！生成第二根柱及梁柱節點
NGEN,2,10000,ALL,,,Dis_hor ！從第一根柱拷貝所有的節點
！節點號加10000
EGEN,2,10000,1,2184,1 ！從第一根柱拷貝所有的單元
！生成梁
！梁被夾在兩根柱之間，實際長度為Dis_hor-H_col
N,20001,H_col/2,Dis_ver-H_beam/2,-W_beam/2
！生成梁的截面的所有節點
！梁的節點編號從20001開始
NGEN,4,1,20001,,,,,B_beam/3
N,20005,H_col/2,Dis_ver-H_beam/2,tw_beam/2
NGEN,4,1,20005,,,,,B_beam/3
NGEN,2,10,20001,20008,1,,tf_beam
NGEN,10,6,20014,20015,1,,D_beam/10
NGEN,2,60,20011,20018,1,,D_beam
NGEN,2,10,20071,20078,1,,tf_beam
NGEN,2,100,20001,20090,,(Dis_hor-H_col)/100 ！沿x方向偏移(Dis_hor-H_col)/100
！拷貝一層節點
E,20001,20002,20012,20011,20101,20102,20112,20111 ！生成梁的第一層截面單元
！兩根柱單元總數為4368
！故梁的單元編號從4369開始
EGEN,7,1,4369
E,20014,20015,20021,20020,20114,20115,20121,20120
EGEN,10,6,4376
E,20071,20072,20082,20081,20171,20172,20182,20181
EGEN,7,1,4386
EGEN,100,100,4369,4392,1,,,,,,(Dis_hor-H_col)/100 ！沿x方向拷貝100層生成整根梁
！梁的實體模型完成
！總計：梁的節點為101層，每層編號1-88。從20001開始，逐層加100
！左端截面的節點為20001-20088； 右端截面的節點為30001-30088
！每層單元數為24個，總計24*100=2400個。單元編號為4369-6768
！-------------------------------------------------------------------------------
！建立梁和柱連接處的耦合關系
！-------------------------------------------------------------------------------
！自動耦合所有節點坐標重合的節點。梁翼緣的節點和柱的側面完全重合，可以自動耦合。
！梁腹板的節點距離柱側面相應節點的距離為(tw_col-tw_beam)/2=0.0011
！因此，設置耦合誤差為0.002時，也能自動耦合。
CPINTF,all,0.002
FINISH
！--------------------------------------------------------------------------------
！定義邊界條件，并求解
！--------------------------------------------------------------------------------
/SOLU
ANTYPE,TRANS ！定義分析類型
TUNIF,20 ！定義初始溫度
AUTOTS,ON ！打開自動步長控制
DELTIM,20 ！定義初始時間步長
STEF,5.6696E-8 ！定義
TOFFST,273 ！定義絕對溫度偏差
！定義受到火的熱作用的邊界
NSEL,S,NODE,,71,6071,100 ！選擇第一根柱右側翼緣的節點，
！定義為HTbound1
*DO,i,80,90,1
NSEL,A,NODE,,i,6000+i,100
*ENDDO
CM,HTbound1,NODE
NSEL,S,NODE,,10020,16020,100 ！選擇第二根柱左側翼緣的節點，
！定義為HTbound2
*DO,i,10001,10011,1
NSEL,A,NODE,,i,6000+i,100
*ENDDO
CM,HTbound2,NODE
NSEL,S,NODE,,20001,30090,100 ！選擇梁除上翼緣上表面外所有的面
！定義為HTbound3
*DO,i,20081,20090,1
NSEL,U,NODE,,i,10000+i,100
*ENDDO
CM,HTbound3,NODE
！施加熱邊界條件并求解
*DO,tm,60,180,60 ！定義時間參數tm從60到600（秒）
Time,tm ！當前時間為tm
Temp=20+345*LOG10(8*tm/60+1) ！計算環境空氣溫度
SF,HTbound1,CONV,25,Temp ！對邊界HTbound1施加對流作用
SF,HTbound2,CONV,25,Temp ！對邊界HTbound2施加對流作用
SF,HTbound3,CONV,25,Temp ！對邊界HTbound3施加對流作用
SF,HTbound1,RDSF,0.9,1 ！定義HTbound1為第一個熱輻射場
SF,HTbound2,RDSF,0.9,2 ！定義HTbound2為第二個熱輻射場
SF,HTbound3,RDSF,0.9,3 ！定義HTbound3為第三個熱輻射場
SPCTEMP,1,Temp ！定義第一個熱輻射場的環境溫度
SPCTEMP,1,Temp ！定義第二個熱輻射場的環境溫度
SPCTEMP,1,Temp ！定義第三個熱輻射場的環境溫度
SOLVE ！求解
*ENDDO
FINISH
/POST1
PLNSOL,TEMP,,0,
FINISH
！--------------------------------------------------------------------------------------
！結構分析
！--------------------------------------------------------------------------------------
/PREP7
/TITLE,Part 2: structural analysis
ET,1,SOLID45,1,1 ！對應于SOLID70的結構單元
！為SOLID45
ET,2,BEAM188 ！單元類型2
！------------------------------------------------------------------------------
！定義結構分析材料特性
！------------------------------------------------------------------------------
fy=275E+6 ！常溫下屈服應力
exx=2.1E+11 ！常溫下楊氏模量
MPTEMP ！清楚原來的溫度場
MPTEMP,,20,100,200,300,400 ！定義隨溫度變化的楊氏模量
MPDATA,EX,1,,exx,0.9*exx,0.8*exx,0.7*exx
MPTEMP,,500,600,700,800,900
MPDATA,EX,1,,0.6*exx,0.31*exx,0.13*exx,0.09*exx,0.0675*exx
MP,NUXY,1,0.3 ！定義泊松比
MP,ALPX,1,1.4E-5 ！定義熱膨脹系數
!
TB,MISO,1,10,3 ！定義隨溫度變化的應力-應變關系
TBTEMP,20 ！20度時的應力-應變關系
TBPT,,fy/exx,fy
TBPT,,0.02,fy
TBPT,,0.15,fy
!
TBTEMP,100 ！100度時的應力-應變關系
TBPT,,fy/exx,fy
TBPT,,0.02,fy
TBPT,,0.15,fy
!
TBTEMP,200 ！200度時的應力-應變關系
TBPT,,0.807*fy/(0.9*exx),0.807*fy
TBPT,,0.02,fy
TBPT,,0.15,fy
!
TBTEMP,300 ！300度時的應力-應變關系
TBPT,,0.613*fy/(0.8*exx),0.613*fy
TBPT,,0.02,fy
TBPT,,0.15,fy
!
TBTEMP,400 ！400度時的應力-應變關系
TBPT,,0.420*fy/(0.7*exx),0.420*fy
TBPT,,0.02,fy
TBPT,,0.15,fy
!
TBTEMP,500 ！500度時的應力-應變關系
TBPT,,0.360*fy/(0.6*exx),0.360*fy
TBPT,,0.02,0.780*fy
TBPT,,0.15,0.780*fy
!
TBTEMP,600 ！600度時的應力-應變關系
TBPT,,0.180*fy/(0.310*exx),0.180*fy
TBPT,,0.02,0.470*fy
TBPT,,0.15,0.470*fy
!
TBTEMP,700 ！700度時的應力-應變關系
TBPT,,0.075*fy/(0.130*exx),0.075*fy
TBPT,,0.02,0.230*fy
TBPT,,0.15,0.230*fy
!
TBTEMP,800 ！800度時的應力-應變關系
TBPT,,0.050*fy/(0.090*exx),0.050*fy
TBPT,,0.02,0.110*fy
TBPT,,0.15,0.110*fy
!
TBTEMP,900 ！900度時的應力-應變關系
TBPT,,0.0375*fy/(0.0675*exx),0.0375*fy
TBPT,,0.02,0.060*fy
TBPT,,0.15,0.060*fy
！------------------------------------------------------------------------------
！定義梁和柱的截面特性
！------------------------------------------------------------------------------
SECTYPE,1,beam,I,column ！定義柱截面為截面類型1
SECDATA,W_col,W_col,H_col,tf_col,tf_col,tw_col
SECTYPE,2,beam,I,beam ！定義梁截面為截面類型2
SECDATA,W_beam,W_beam,H_beam,tf_beam,tf_beam,tw_beam
！----------------------------------------------------------------------------
！用梁單元建立框架的剩余部分的模型
！---------------------------------------------------------------------------
K,1,,Dis_ver+H_beam*1.5 ！定義生成框架的關鍵點
K,2,,2*Dis_ver
K,3,,3*Dis_ver
K,4,Dis_hor,Dis_ver+H_beam*1.5
K,5,Dis_hor,2*Dis_ver
K,6,Dis_hor,3*Dis_ver
K,7,Dis_hor+H_col/2,Dis_ver
K,8,2*Dis_hor
K,9,2*Dis_hor,Dis_ver
K,10,2*Dis_hor,2*Dis_ver
K,11,2*Dis_hor,3*Dis_ver
K,12,3*Dis_hor
K,13,3*Dis_hor,Dis_ver
K,14,3*Dis_hor,2*Dis_ver
K,15,3*Dis_hor,3*Dis_ver
!
K,100,-3,3 ！定義用于確定梁的主軸方向的
！關鍵點
K,200,5,20
！生成線
L,1,2 ！線1-10為柱
L,2,3
L,4,5
L,5,6
L,8,9
L,9,10
L,10,11
L,12,13
L,13,14
L,14,15
L,2,5 ！線11-18為梁
L,3,6
L,7,9
L,5,10
L,6,11
L,9,13
L,10,14
L,14,15
！定義線的屬性
LSEL,S,LINE,,1,10,1 ！定義線1-10 （柱）的屬性
LATT,1,,2,,100,,1
LSEL,ALL
LSEL,S,LINE,,11,18,1 ！定義線11-18（梁）的屬性
LATT,1,,2,,200,,2
LSEL,ALL
！劃分單元
LESIZE,ALL,0.3 ！定義單元尺寸
LEMESH,ALL ！劃分單元
！---------------------------------------------------------------------------
！建立耦合與約束關系
！---------------------------------------------------------------------------
CPINTF,ALL,0.002 ！自動耦合實體模型部分
！實體模型和線模型之間有三個接口：兩個柱端的連接，以及底層中跨的梁左端連接到
！第二根實體柱的側面
！建立關鍵點1和第一根柱柱端的連接
！實體模型和線模型之間有三個接口：兩個柱端的連接，以及底層中跨的梁左端連接到第二根實體柱的側面
！建立關鍵點1和第一根柱柱端的連接
N1=NODE(0,Dis_ver+H_beam*1.5,0) ！找到對應于關鍵點1的節點號
num=0 ！num用于標記約束方程的編號
*DO,k,7801,7820,1 ！建立柱端一翼緣節點和節點N1之間繞Z軸轉動的約束關系
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N1,UY,-1,N1,ROTZ,-DX
*ENDDO
*DO,k,7871,7890,1 ！建立柱端另一翼緣節點和節點N1之間繞Z軸轉動的約束關系
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N1,UY,-1,N1,ROTZ,-DX
*ENDDO
*DO,k,7821,7869,1 ！建立柱端腹板節點和節點N1之間繞Z軸轉動的約束關系
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N1,UY,-1,N1,ROTZ,-DX
num=num+1
DX=NX(k+1)
CE,num,0,k+1,UY,1,N1,UY,-1,N1,ROTZ,-DX
*ENDDO
NSEL,S,NODE,,N1 ！耦合節點N1和柱端腹板節點
！在X方向的位移
NSEL,A,NODE,,7821,7869,6
NSEL,A,NODE,,7822,7870,6
CP,NEXT,UX,ALL
NSEL,ALL
！類似地，建立關鍵點4和第二根柱端的連接
N4=NODE(Dis_hor,Dis_ver+H_beam*1.5,0)
*DO,k,17801,17820,1
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N4,UY,-1,N4,ROTZ,-DX
*ENDDO
*DO,k,17871,17890,1
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N4,UY,-1,N4,ROTZ,-DX
*ENDDO
*DO,k,17821,17869,1
num=num+1
DX=NX(k)
CE,num,0,k,UY,1,N4,UY,-1,N4,ROTZ,-DX
num=num+1
DX=NX(k+1)
CE,num,0,k+1,UY,1,N4,UY,-1,N4,ROTZ,-DX
*ENDDO
NSEL,S,NODE,,N4
NSEL,A,NODE,,17821,17869,6
NSEL,A,NODE,,17822,17870,6
CP,NEXT,UX,ALL
NSEL,ALL
！建立梁端關鍵點7和柱側面的連接
N7=NODE(Dis_hor+H_col/2,Dis_ver,0) ！對應于關鍵點7的節點為N7
*DO,i,16000,16100,100 ！建立梁的上翼緣的轉動約束
*DO,j,81,90,1
num=num+1
DY=NY(i+j)-Dis_ver
CE,num,0,i+j,UX,1,N7,UX,-1, N7,ROTZ,DY
*ENDDO
*ENDDO
*DO,i,17100,17200,100 ！建立梁的下翼緣的轉動約束
*DO,j,81,90,1
num=num+1
DY=NY(i+j)-Dis_ver
CE,num,0,i+j,UX,1,N7,UX,-1, N7,ROTZ,DY
*ENDDO
*ENDDO
NSEL,S,NODE,,N7 ！耦合梁的腹板與柱的側面沿
！Y方向的位移
NSEL,A,NODE,,16285,17085,100
NSEL,A,NODE,,16286,17086,100
CP,NEXT,UY,ALL
NSEL,ALL
FINISH
/SOLU
ANTYPE,0 ！靜力分析
TREF,20 ！參考溫度為20
NLGEOM,ON ！設置大變形效應
！-----------------------------------------------------------------------------
！施加靜力分析荷載與邊界條件
！-----------------------------------------------------------------------------
NSEL,S,LOC,Y,0 ！所有柱腳固定
D,ALL,ALL
NSEL,ALL
DK,13,UX ！框架右端設水平支撐
DK,14,UX
DK,15,UX
DK,ALL,UZ ！所有梁柱節點處設平面外支撐
DK,ALL,ROTX ！所有梁柱節點處設扭轉約束
DK,ALL,ROTY
FK,3,FY,-75500 ！柱頂集中力
FK,6,FY,-151000
FK,11,FY,-151000
FK,15,FY,-75500
LSEL,S,LINE,,11,18,1 ！對所有線單元施加橫梁均布荷載
ESLL,S
SFBEAM,ALL,,PRES,25400
ESEL,ALL
LSEL,ALL
NSEL,S,NODE,,20084,30084,100 ！對實體梁在腹板上部施加面均布
！荷載
NSEL,A,NODE,,20085,30085,100
SF,ALL,PRES,25400/tw_beam
NSEL,ALL
！----------------------------------------------------------------------------
！設置時間步長并求解
！----------------------------------------------------------------------------
TIME,1 ！第一步常溫下的反應分析，時間為1
DELTIM,0.2 ！初始步長0.2
SOLVE ！求解
*DO,tm,60,180,60 ！設置時間從60到180，步長60
TIME,tm ！當前時間為tm
LDREAD,TEMP,,,tm,,,RTH ！讀入時間tm時的溫度分布
DELTIM,20 ！初始步長20
SOLVE ！求解
*ENDDO
FINISH
/POST1 ！后處理
PLNSOL,U,Y ！畫出框架的變形和沿Y方向的變形
FINISH
/POST26 ！時間后處理
NSOL,2,25005,U,Y ！定義變量UY-梁的跨中撓度
NSOL,3,20004,U,X ！定義變量UX-梁的左端伸出長度
PLVAR,2,3 ！畫出以上變量隨時間的變化關系
FINISH
附件地址： http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=6699
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