midas时程分析

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1、16. 时程分析概述对下面受移动荷载的简支梁运行时程分析。 材料弹性模量 : 2.41011 psi容重(g) : 0.1 lbf/in3 截面截面面积(Area): 1.0 in2截面惯性矩(Iyy): 0.083333 in4半径(radius): 10.0 in厚度(thickness): 2.0 in重力加速度(g): 1.0 in/sec2速度容重整体坐标系原点（a）受移动荷载的简支梁（b）时程荷载函数图 16.1 分析模型模型是受600 in/sec速度的移动荷载的简支梁结构。通过时程分析了解动力荷载下结构的反映，改变荷载周期来查看共振的影响。设定基本环境打开新文件以 时程分析 1

2、.mgb为名保存.文件 / 新文件 文件 / 保存 ( 时程分析 1 )设定单位体系。工具 / 单位体系 长度 in ; 力 lbf 图 16.2 设定单位体系设定结构类型为 X-Z 平面。且为了特征值分析，设定自重自动转换为节点质量。模型/ 结构类型结构类型 X-Z 平面 将结构的自重转换为质量 转换到 X, Y, Z 重力加速度 ( 1 ) 点格 (关) 捕捉点 (关) 捕捉节点 捕捉单元 正面图 16.3 设定结构类型定义材料以及截面输入材料和截面，采用用户定义的类型和数值的类型输入数据。模型/ 特性/ 材料 一般 名称( 材料) ; 类型 用户定义 用户定义 规范无分析数据 弹性模量

3、( 2.4E+11 ) 容重( 0.1 ) 模型/ 特性/ 截面数值名称( 截面) ; 截面形状 Pipe尺寸 D ( 10 ) ; tw ( 2 ) 截面特性值 面积( 1 ) ; Iyy ( 0.083333 ) 图 16.4 定义材料 图 16.5 定义截面建立节点和单元用建立节点功能建立节点, 用建立单元功能连接各节点来建立梁单元。模型/ 节点/ 建立节点 节点号坐标 (x, y, z) ( 0, 0, 0 )复制 复制次数( 20 ) ; 间距(dx, dy, dz) ( 24, 0, 0) 模型/ 单元/ 建立单元单元类型 一般梁/变截面梁材料 1 : 材料 ; 截面 1 : 截面

4、交叉分割 节点(开), 单元(开) ; 节点连接 ( 1, 21 )8图 16.6 建立单元输入边界条件在结构的两端输入支撑条件。节点1是铰(Dx, Dz)支座, 节点21是滚动(Dz)支座。模型/ 边界条件/ 一般支承 单选 ( 节点: 1)选择 添加 ; 支承条件类型 Dx, Dz (开) 单选 ( 节点: 21 )选择 添加 ; 支承条件类型 Dz (开) 图 16.7 输入支承条件输入特征值分析控制数据 运行时程分析之前，首先运行特征值分析来了解结构的动力特性。输入特征值分析控制数据。本例题只考虑结构的1阶模态的影响,进行时程分析。分析 / 特征值分析控制频率数量( 1 ) 特征值控制

5、参数 迭代次数 ( 20 ) 子空间大小 ( 0 ) ; 收敛误差 ( 1e-006 ) 图 16.8 输入特征值分析控制数据输入时程分析条件 输入时程荷载函数定义时程荷载。荷载的持续时间根据分割的单元长度和速度。t = 24 / 600 = 0.04 sec荷载/ 时程分析数据 / 时程荷载函数 函数名称( 函数) 时间荷载数据类型力 放大系数( 1 ) 时间(sec) ( 0.00 ) ; 函数(lbf) ( 0 ) 时间(sec) ( 0.04 ) ; 函数(lbf) ( 1 ) 时间(sec) ( 0.08 ) ; 函数(lbf) ( 0 ) 图 16.9 定义时程荷载函数输入时程荷载

6、工况关于时程分析的详细事项参考用户手册的“时程分析”部分输入时程分析的荷载工况。结束时间(End of Time)输入移动荷载从节点1移动到节点21的时间 (480/600=0.8sec)。分析时间步长 (time increment) 一般取自振周期和荷载周期中的最小值的1/10。因为还未做特征值分析，所以在本例题选择充分小的时间间隔0.001,不考虑阻尼。 荷载/ 时程分析数据 / 时程荷载工况荷载工况名称( Time ) ; 结束时间 ( 0.8 ) 分析时间步长( 0.001 ) ; 输出时间步长 ( 2 )分析类型 线性 图 16.10 输入时程荷载工况输入节点动力荷载节点动力荷载为

7、将时程分析荷载函数应用到指定的节点上的过程。本例题描述动力荷载移动情况，利用到达时间(arrival time)输入栏，随着时间的变化指定动力荷载的加载位置（节点）。 到达时间(arrival time)为时程分析开始后，对应的节点上时程荷载函数开始发生作用的时间。荷载/ 时程分析数据 / 节点动力荷载荷载工况名称 Time 选择 添加 时间分析函数和方向函数名称 函数 ; 方向 Z到达时间 ( 0 ) ; 系数 ( -8680.6 ) 单选 ( 节点: 2 ) 到达时间 ( 0.04) 单选 ( 节点: 3 ) 到达时间 ( 0.04*2) 单选 ( 节点: 4 ) .到达时间 ( 0.04

8、*18) 单选 ( 节点: 20 ) 系数(scale factor)8680.6是跨中施加荷载产生最大位移1 inch所对应的集中荷载大小, 可按下式计算。P = 8680.6 lbf表示节点动力荷载的符号与荷载的方向无关，表现为正方向。图 16.11 输入节点动力荷载运行结构分析运行特征值分析和时程分析。 节点号 (关)分析 / 运行分析查看分析结果首先查看特征值分析结果。 结果/ 分析结果表格 / 周期与振型激活图表 图 16.12 特征值分析结果查看时程分析结果查看跨中节点的位移和加速度的时程图表。首先要定义时程函数。 结果/ 时程分析结果/ 时程分析图形 定义函数 位移 ; 位移 名

9、称( 节点11 Z-位移 ) ; 节点号 ( 11 )位移. ; 输出分量 DZ 时程分析荷载工况Time位移 名称( 节点11 Z- 加速度) ; 节点号 ( 11 )加速度 ; 输出分量 DZ 时程分析荷载工况Time 图 16.13 定义时程分析图形(位移)输出节点11的位移时程图表。图表中最大位移为1.085 in，可以看出比静力分析结果的最大位移增大了10左右。大小随着荷载的移动速度变化可增可减。 结果/ 时程分析结果/ 时程分析图形 定义函数 位移 选择输出函数 节点11 Z-位移 (开)水平轴 时间步骤图形标题(位移) ; 类型 时程图表图 16.14 位移时程图形输出节点11的

10、加速度时程图表。 结果/ 时程分析结果/ 时程分析图形定义函数 位移 选择输出函数 节点11 Z-加速度（开）水平轴 时间步骤图形标题 ( 加速度 ) ; 类型 时程图表可以确认最大加速度为 90.3 in/sec2。图 16.15 加速度时程图表把加速度的时程图表变量时间改变为频率。在模型图上点击鼠标右键选择时间频率，利用FFT(Fast Fourier Transform method)分析功能把加速度的时程图表改为频谱图表。在频谱(frequency domain)里查看反应，可以了解频率的特性。看图 16.16可以确认最大的反应在2.93 Hz时候产生。这与简支梁的自振频率3.05 H

11、z相近，在分割的单元长度等中产生了误差。 可以得出简支梁在受周期荷载作用时，如果荷载周期与自振周期相等，在相同大小的荷载下也会发生更大的反应。用改变例题模型的荷载工况来确认一下。图 16.16 加速度频率时程图形图 16.16 加速度频谱图表建立周期荷载模型设定基本环境文件另存为时程分析 2.mgb。文件 / 另存为 (时程分析2 )更改时程分析条件更改时程函数为了考虑冲击荷载，添加三角形时程荷载函数。荷载/ 时程分析数据 / 时程分析函数 函数名称( 函数 2 ) 时间函数数据 力 系数 ( 1 ) 时间 ( 0.00 ) ; 函数 ( 1 ) 时间 ( 0.328 ) ; 函数 ( 0 )

12、 把模型（时程分析 2.mgb）的时程荷载函数改为3角形的荷载函数，设定荷载周期与结构物的自振周期相同。在图16.12可以得出结构自振周期为0.328秒。图 16.17 添加输入时程荷载输入时程荷载工况更改时程荷载工况。荷载/ 时程分析数据 / 时程荷载工况荷载工况名称 ( 时间) ; 结束时间 ( 20 ) 分析时间步长 ( 0.001 ) ; 输出时间步长 ( 2 )分析类型 线性输入所有振型的阻尼比 所有振型的阻尼比 ( 0.01 ) 图 16.18 修改时程荷载工况更改节点动力荷载直接在节点动力荷载图表中修改到达时间(arrival time)。到达时间输入0.328的倍数。荷载/ 荷

13、载表格 / 节点动力荷载 时程分析函数工况名称/时间利用表格复制功能把所有节点的函数列改为“函数2”，在节点230的到达时间列输入“=0.328x118”更改函数 ( 函数 函数 2 ) 更改函数工况名称（Time-时间）更改到达时间 ( = 0.328 n)模型窗口图 16.19 更改节点动力荷载运行结构分析运行结构分析。 节点号 (关)分析 / 运行分析查看分析结果查看位移输出节点11的位移时程图表。 结果/ 时程分析结果/ 时程分析图形 定义函数 位移 ; 位移 名称( 节点11 Z-位移 ) ; 节点号 ( 11 )位移. ; 输出分量 DZ 时程分析荷载工况时间位移 名称( 节点11

14、 Z- 加速度) ; 节点号 ( 11 )加速度 ; 输出分量 DZ 时程分析荷载工况时间选择输出函数 节点11 Z-位移 水平轴 时间步骤图形标题 ( 位移) ; 类型 时程图表图 16.20 位移时程图表把节点11的时程图表更改为频谱图表。在位移时程图表中简支梁的沉降随荷载的移动逐渐的增加，移动到跨中时产生了最大的位移7.95 in。远大于考虑冲击荷载的静力分析结果产生的位移。频谱图表（图 16.21）中可以看出，与结构自振频率3.05Hz一致时产生了最大的反应。图 16.21 位移的频率时程图表比较荷载变化前后的时程分析结果。时程分析 1时程分析 2 1.085 in 7.951 in

15、7.459 in/sec147.3 in/sec90.25 in/sec22890 in/sec2 16.1 比较分析结果 时程分析2是为了考虑冲击荷载和共振的效果，把荷载周期设定为与结构自振周期相同的模型。从表16.1可以看出，与时程分析1相比较时程分析2的结果因共振的效果，位移增大为7.951 in、加速度增大为2890 in/sec2、速度增大为147.3 in/se。动力夸大系数( DMF, Dynamic Magnification Factor )为静力分析产生位移和动力分析产生位移之比。在荷载周期和结构自振周期相同的时程分析2的位移急剧增加，速度和加速度也是同样的效果。与例题相反

16、，结构在同一位置受非移动的周期荷载时，动力扩大系数会更大。在不考虑阻尼的情况，会产生无限大的位移直至结构物破坏。这种现象叫做共振（resonance）。 为了确保在动力荷载下结构物的稳定性(stability)和使用性(serviceability)，确认共振发生的可能性后，要避免共振的发生。ReferenceBiggs, J. M., “Introducti开 to Structural Dynamics”, McGraw-Hill, New York, 1964, pp. 315318习题1. 把模型1（时程分析1）中的荷载移动速度改为1200 in/sec，运行时程分析后比较跨中的位移、速度、加速度。