木質(zhì)框架模型的案例
木質(zhì)框架模型雙向地震仿真分析
木質(zhì)框架模型雙向地震仿真分析
一、模型設(shè)計
根據(jù)結(jié)構(gòu)在地震作用下要求強柱弱梁，且具有較強的耗能能力等原則，此框架結(jié)構(gòu)采用4根較大截面L型柱作為主要豎向構(gòu)件，底層退縮部分框架柱采用較小截面木條，梁為較小截面的矩形木條。模型高度700mm，1層凈高15cm，其余層高均為11cm，共六層，高寬比4.67。模型4層及以上所有樓層進行縮進，即模型4樓及以上所有樓層地板面積為3樓地板面積的75%。為提高結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的耗能能力及穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)3、5層設(shè)摩擦阻尼器F，如圖6(a)所示，2、4、6層設(shè)交叉棉繩拉索CP,如圖9所示。因為題目對房屋門窗等開口空間求，無法實現(xiàn)阻尼器和拉索的對稱布置。圖3為1~2層框架柱截面尺寸及平面布置圖，3層及以上樓層僅有L型截面柱四根。框架梁全部采用5.5mm×4mm的矩形截面。
二、模型制作
模型4根L型框架柱采用長度為700mm的5根矩形截面木條拼接而成，中間用熱熔膠進行可靠粘結(jié)，之后將矩形梁以首層至頂層的順序依次用熱熔膠粘結(jié)至L型柱相應(yīng)位置，將結(jié)構(gòu)粘結(jié)成一個整體，并保證梁柱的垂直狀態(tài)。摩擦阻尼器兩端用熱熔膠固定在上下樓層的兩個梁柱節(jié)點處。交叉棉繩采用鎖扣的方式在梁柱節(jié)點處進行固定，并用熱熔膠進行粘結(jié)，以保證節(jié)點的強度，提高模型整體的穩(wěn)定性。最后將模型柱腳用熱熔膠與底板進行可靠粘結(jié)，保證加載過程中的可靠性。
三、材料及阻尼器參數(shù)
應(yīng)用LDS-5 電子拉力試驗機對模型制作所用的材料及摩擦阻尼器進行了試驗分析[10]。模型框架所用材料為中密度纖維板，圖4為中密度纖維板應(yīng)力應(yīng)變曲線，計算時采用簡化理想彈塑性模型，初始彈性模量取測量平均值1000MPa，屈服強度為8.5Mpa。棉繩受拉力學(xué)性能如圖5，試驗采用的棉繩長度與模型中相同。
展開 abaqus/CAE建的簡單的框架模型（線性框架）
一、模型的基本情況
！-----------------------------基本資料如下---------------------------------------
框架：
1、幾何尺寸
層高：3m×4=12m
柱網(wǎng)距離：4.5m×2=9m, 6m×3=18m
2、構(gòu)件截面尺寸
柱截面：0.5m×0.5m
梁截面：0.4m×0.25m
樓板的厚度：0.120m
3、材料屬性
混凝土：C30
彈性模量：3.0e10 Pa
泊松比：0.167
密度：2400 kg/m^3
！------------------------------------------------------------------------------------
圖一：三維模型
圖二：網(wǎng)格劃分后的模型：
圖三：顯示出梁、柱輪廓的模型：
二、建模的基本過程及注意的細節(jié)
1、最基本的操作，通過part模塊建立
（1）三維線 beam1，作為縱梁；
（2）建立橫向的一品框架 Frame1；
（3）建立一三維shell面，作為樓面板
2、在Property模塊里，定義好材料屬性后，
分別定義梁、柱、板的截面屬性：（下圖中舉出比較典型的一部分）
3、特別注意的一下：不要忘了定義梁的截面方向：
具體操作為：Property模塊--工具欄Assign--Beam Section Orientation，點擊以后，按照屏幕左下角的提示操作即可，例如：
展開 ABAQUS框架-土體結(jié)構(gòu)地震作用時程分析（包含上部框架結(jié)構(gòu)定義、柱下獨立基礎(chǔ)、土體模型） ￥20
l1357vl5uep.mp4
本模型計算框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的時程分析，模型建立了框架上部框架結(jié)構(gòu)包括梁、板、柱，柱下獨立基礎(chǔ)以及一定范圍內(nèi)的土體（定于無限元），包含了結(jié)構(gòu)-土體，即SSI模型，地震作用添加的是Elcentro波，通過該模型，可以學(xué)會簡單SSI（structure -soil interaction）模型的定義，地震作用的添加以及無限元的定義。通過學(xué)習(xí)該模型可類比分析地下結(jié)構(gòu)地層模型的地震作用時程分析，比如地鐵，地下通道，綜合管廊等。
TIM截圖20190218113315.png
展開 CAE前處理 | 框架模型 | 流程
本系列文章主要就裝配體中框架模型的處理進行說明，使用前處理軟件為Hypermesh和Spaceclaim，求解器為Optistruct。
框架模型
如圖所示賽車車架，各結(jié)構(gòu)件通過焊接連接，如果想要通過有限元分析車架的剛度特性會發(fā)現(xiàn)：截面的最小尺寸只有2.3mm，而整體尺寸達到了2300mm，使用實體單元劃分網(wǎng)格貌似遇到了一定的困難。
但是仔細觀察會發(fā)現(xiàn)，每一根結(jié)構(gòu)件都具有典型的梁特征，因此可以使用經(jīng)典的梁模型對其進行簡化，這樣整體結(jié)構(gòu)只需要使用骨架及各部分截面類型和尺寸即可表述：
本文將這類由桿、梁等1D單元組成的骨架系統(tǒng)統(tǒng)稱為“框架模型”。需要注意的是，與一些行業(yè)里的分類不一樣，這里對“框架模型”的稱呼只是個人對于1D系統(tǒng)的習(xí)慣性叫法，希望大家不要誤解。
處理流程
對于框架模型的處理大體上可分為以下3步：
①獲取骨架是指以任何方式得到框架的線體模型，一般情況下是結(jié)構(gòu)的中線。當然獲取骨架并不是一帆風(fēng)順，比如經(jīng)常會遇到這些問題：
②劃分網(wǎng)格字面上僅僅指對得到的骨架進行1D網(wǎng)格的劃分，但是實際上還包含網(wǎng)格之間連接關(guān)系的檢查和確定，很多時候直接劃分導(dǎo)入的線框會發(fā)現(xiàn)一些部分并未連接完善：
③屬性賦予相對就比較好理解了，即給有限元網(wǎng)格賦予對應(yīng)的屬性，而對于框架模型，其屬性就是各部分線體的截面以及材料，但是梁截面涉及到朝向的問題，因此很多時候需要對梁截面的朝向以及非對稱截面的偏置進行調(diào)整：
來源于：仿真求知之路 作者：聰聰
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CAE前處理 | 框架模型 | 獲取骨架
獲取骨架
目前來說獲取骨架主要有兩種方式：
①直接建模 ②抽梁
直接建模
記得最開始學(xué)習(xí)Ansys Apdl模塊時，對于框架模型的建立一般是先生成各部分關(guān)鍵點，然后點對點連線得到完整的框架：
靈活一點的時候會用到平移，鏡像，旋轉(zhuǎn)等操作來構(gòu)建更加復(fù)雜的模型。對于規(guī)整的框架模型其實這樣建模優(yōu)勢還是很大的，但那時感覺這樣還是偏于麻煩，因為要記很多點的坐標，所以更偏向于專業(yè)的建模軟件建立好框架再導(dǎo)入ansys中：
實際上，這種外部建模導(dǎo)入的方式更加通用，不光適合于ansys，還適合于hyper-mesh等軟件，但是需要注意兩點問題：
① 一般需要轉(zhuǎn)換為step/iges這種存儲草圖/曲線的中間格式，并且需要在導(dǎo)出的時候選擇對應(yīng)的選項來確保框架會被導(dǎo)出，比如solidworks的草圖導(dǎo)出iges/step時：
②外部導(dǎo)入的幾何特征雖然一般能夠被識別，但是連接關(guān)系可能會存在差異，所以一定要確保導(dǎo)入的幾何的連接關(guān)系是正確的，比如solidworks的草圖線框?qū)隺nsys中，如果沒有合并重合關(guān)鍵點：
這種時候一般需要對幾何的關(guān)鍵點進行合并，或者在劃分完網(wǎng)格之后合并重合節(jié)點，否則分析結(jié)果在這些沒有連接好的地方就會直接斷開。
抽梁
對于相對有規(guī)律的框架按照上面的方式進行建模還是比較容易的，但是如果框架模型比較復(fù)雜，而手上恰好只有這樣的三維模型時，會發(fā)現(xiàn)手動建立框架的思路瞬間就不香了：
模型來自GrabCAD網(wǎng)站
因此希望軟件能夠直接根據(jù)三維模型得到其骨架，這種思路本文叫“抽梁”。
展開 裝配式鋼框架梁柱節(jié)點有限元模型仿真(abaqus) ￥280
本研究通過建立精確的有限元模型，細致考慮了結(jié)構(gòu)的非線性特性和實際操作中的不確定性，進一步模擬了特定試驗條件下的工程結(jié)構(gòu)響應(yīng)。通過對比模擬結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)，不僅驗證了模型的準確性和實用性，也為后續(xù)更深入的參數(shù)化研究提供了堅實的基礎(chǔ)，進一步加深了對復(fù)雜工程問題的理解和解決能力。
1 有限元模型的建立
1.1 材料本構(gòu)關(guān)系
鋼材應(yīng)力-應(yīng)變曲線
1.2 單元類型及網(wǎng)格劃分
為了確保有限元分析的精確性與效率，選取合適的單元類型和采用恰當?shù)木W(wǎng)格劃分策略至關(guān)重要。本文中采用的C3D8R單元是一種常用的三維實體單元，用于有限元分析。C3D8R單元有8個節(jié)點，每個節(jié)點有三個位移自由度，因此，它能夠模擬三維空間中的變形。C3D8R單元使用降階積分策略，具體來說是一點積分，這可以減少計算的成本。然而，它可能導(dǎo)致某些數(shù)值問題，如體積鎖定。對于幾乎不可壓縮的材料，C3D8R單元可能會遇到體積鎖定問題。這是由于單元不能適當表達材料的不可壓縮性質(zhì)，導(dǎo)致過分硬的響應(yīng)。為了解決這一問題，通常會使用特殊的算法或混合積分規(guī)則。有限元網(wǎng)格劃分如圖所示。
有限元模型的網(wǎng)格劃分
1.3 螺栓預(yù)緊
在有限元分析中模擬螺栓預(yù)緊力的施加是一個關(guān)鍵步驟，特別是對于螺栓連接的結(jié)構(gòu)組件。正確地施加預(yù)緊力不僅能夠確保模型的接觸狀態(tài)和實際情況相符，還能夠模擬在實際加載過程中螺栓預(yù)緊力可能發(fā)生的變化。
螺栓有限元模型
1.4 接觸設(shè)置
在低多層裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的有限元分析中，接觸設(shè)置是模擬結(jié)構(gòu)實際行為的關(guān)鍵。由于這種結(jié)構(gòu)類型涉及多種部件，如梁、柱、柱底板、連接件、夾板和高強螺栓等，因此確保這些部件之間的接觸關(guān)系準確模擬是至關(guān)重要的。接觸設(shè)置主要分為焊接和摩擦接觸兩種方式。
展開 CAE前處理 | 框架模型 | 屬性賦予
01 前言
對于框架模型前處理的主要流程是：獲取骨架→網(wǎng)格劃分→屬性賦予，前文分別就骨架獲取以及網(wǎng)格劃分進行了較為詳細的闡述，本文主要就屬性賦予部分進行說明。
需要注意的是：①1D單元種類較多，本文僅以其中最為常見的cbeam單元進行描述 ②正常模型屬性有材料屬性以及單元屬性，本文主要對單元屬性進行闡述 ③文章內(nèi)容基于HyperMesh平臺，OptiStruct求解器
如圖所示，正常梁單元由主骨架+虛擬截面構(gòu)成，而梁單元的屬性主要包含截面形狀，截面方向，截面偏置以及自由度釋放。
簡單來說，截面形狀描述了梁單元截面的形狀及尺寸，截面方向指定了從截面坐標系→單元坐標系的轉(zhuǎn)換，截面偏置表達了截面偏離剪切中心的距離，自由度釋放定義了梁單元端部節(jié)點不進行傳遞的內(nèi)力。上述各個部分在HyperMesh中的1D→bars→update中可以便捷的賦予：
02 截面形狀
庫截面
結(jié)構(gòu)求解器一般都帶有自己截面庫，也就是我們常說的標準截面類型，如圖為OptiStruct截面庫支持的標準截面，這類標準截面的創(chuàng)建需要使用Hyper Mesh中的截面創(chuàng)建工具HyperBeam：
創(chuàng)建好截面之后，退出HyperBeam可以在模型樹中找到剛剛創(chuàng)建的截面屬性，并且能直接對尺寸進行編輯：
自定義截面
當然很多時候，除了標準截面之外還經(jīng)常遇到各種異形截面。
展開 多點輸入鋼框架結(jié)構(gòu)動力彈塑性時程分析——結(jié)構(gòu)模型案例 ￥400
針對罕遇地震作用,本文采用位移輸入模式，對超長鋼框架結(jié)構(gòu)建立有限元計算模型，分別采用一致激勵輸入和多點激勵輸入方法，進行動力彈塑性時程分析。通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，在超長結(jié)構(gòu)中采用多點激勵輸入計算結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的響應(yīng)更合理。
在模型X向采用南北向的EL-centro波，為提高計算效率，對時程曲線的時間步長縮短一倍，即采用時間間隔為0.01s，整體時間縮短一倍，由53.48s縮短為26.74s。由于EL-centro波記錄的是加速度時程，因此需要進行兩次積分轉(zhuǎn)換為位移時程，對采用的加速度時程曲線進行第一次積分得到速度時程，再進行第二次積分得到位移時程。擬設(shè)定7度0.15g區(qū)在罕遇地震作用下，參考規(guī)范的峰值加速度取值為310cm/s2。
壓縮包提供了兩個分析模型，一致激勵輸入和多點激勵輸入用于對比分析。
展開 MBSE體系架構(gòu)模型的理論研究：基于MBSE的作戰(zhàn)概念建模框架研究
作戰(zhàn)能力需求視圖明確作戰(zhàn)需何種能力，是從作戰(zhàn)的能力需求視角，描述作戰(zhàn)的體系能力需求、裝備能力需求以及技術(shù)支撐能力需求，用以從能力需求方面來牽引作戰(zhàn)設(shè)計，其模型組成如表６所示。
作戰(zhàn)力量體系視圖明確由誰來完成作戰(zhàn)，是從作戰(zhàn)的兵力裝備要素和組織結(jié)構(gòu)視角，描述作戰(zhàn)的要素構(gòu)成、指揮體系、通信組織結(jié)構(gòu)、裝備和人員，用以系統(tǒng)設(shè)計和描述作戰(zhàn)力量，其模型組成如表７所示。
作戰(zhàn)活動視圖明確作戰(zhàn)由哪些活動構(gòu)成，是從作戰(zhàn)中各類作戰(zhàn)要素的職責(zé)分工和交互關(guān)系視角，描述作戰(zhàn)任務(wù)清單、作戰(zhàn)活動流程、作戰(zhàn)活動規(guī)則、作戰(zhàn)活動信息以及各類信息交互關(guān)系，用以刻畫各類作戰(zhàn)活動的動態(tài)運行過程，其模型組成如表８所示。
作戰(zhàn)行動構(gòu)想視圖明確如何作戰(zhàn)，是從作戰(zhàn)的行動設(shè)計角度，描述作戰(zhàn)行動設(shè)想，用以綜合設(shè)計和具體區(qū)分作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)地空域以及作戰(zhàn)行動，其模型組成如表９所示。
04
作戰(zhàn)概念多視圖模型框架開發(fā)
多視圖模型框架開發(fā)通常采取自上而下逐步求精和自下而上集成優(yōu)化的方法進行，即首先將作戰(zhàn)概念涵蓋的內(nèi)容要素進行抽象、分解、凝練和規(guī)范，形成作戰(zhàn)概念初級模型框架。而后，采取多視圖描述方法從不同的視角對框架進行詳細設(shè)計，形成規(guī)范的數(shù)據(jù)模型、邏輯模型和表示模型，實現(xiàn)對模型框架的格式化描述。之后，逐一對各視圖模型的輸入、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、邏輯規(guī)則、表現(xiàn)形式、輸出等進行驗證和評估優(yōu)化。再后，對各視圖模型進行綜合集成。在此基礎(chǔ)上，采取設(shè)計典型作戰(zhàn)概念案例的形式，通過逐一描述每個作戰(zhàn)概念視圖模型要素，對作戰(zhàn)概念建模框架進行整體驗證，檢驗建模框架的完整性、合理性和可行性，并依據(jù)驗證結(jié)果不斷對建模框架進行優(yōu)化完善。
展開 弧門主框架體系可靠度分析模型與蒙特卡洛模擬
弧門主框架體系可靠度分析模型與蒙特卡洛模擬
弧門主框架體系可靠度分析模型與蒙特卡洛模擬.rar
弧門主框架體系可靠度分析模型與蒙特卡洛模擬.JPG
振動臺試驗在ANSYS中的仿真（包含兩個框架模型及其源文件） ￥2.5
并且提供了兩個框架模型和源文件，讀者完全可以用這兩個框架模型做更深入的研究。
本文目錄
一：振動臺試驗的框架模型
二：試驗模型的ANSYS模態(tài)分析
三：掃頻試驗與諧響應(yīng)分析
四：某實際項目的建模和模態(tài)分析（五層混凝土框架結(jié)構(gòu)）
五：本文所有模型和分析的源文件
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一：振動臺試驗的框架模型
筆者當年做畢業(yè)設(shè)計的時候，需要制作一個框架結(jié)構(gòu)。為這個事情，查閱了不少資料。最后確定使用有機玻璃材料，就是工業(yè)上常用的亞克力，英文是PMMA。原因有三：1 材料應(yīng)用廣泛，所以便宜；2 制作模型方便，各種形狀容易切割，膠水粘劑也足夠牢固；3 線彈性材料，具備一定的強度。
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