知识库-Civil释放梁端约束的含义及输入方式比较

2016-10-29  by:CAE仿真在线  来源:互联网

Civil释放梁端约束的含义及输入方式比较                    MIDAS 朱锋

Civil 程序提供释放梁端约束功能用于模拟显示结构中可能出现的铰接或者半铰接状态。程序提供两种输入方式(相对值、数值)如下图所示:

图 1.1 程序输入窗口

中文版帮助文档提供如下说明:

选择类型释放比率决定选定节点在单元局部坐标系中各自由度方向的约束条件。

类型:当选择"相对值"时,输入释放后残留的约束能力的百分比;当选择"数值"时,输入释放后残留的约束能力的绝对数值大小。

选择某个方向自由度时,表示将释放该自由度方向上的约束。在后面的输入框中可以输入释放后残留的约束能力。例如左图中,i节点(N1端节点)弯矩My的值为0.3,当选择"相对值"时,表示My抗弯刚度的30%有效;当选择"数值"时,表示My的抗弯刚度在0.3kN*m/[rad]内有效。右侧j节点(N2端节点)弯矩My值为0,表示My抗弯刚度为0,即成为铰支。

关于帮助文档中所描述的残余约束等词汇很多用户表示不甚理解,究竟具体输入的数值大小及程序内部如何处理,此帮助中没有明确说明。故本文通过简单测试模型详细说明输入值的含义及注意事项。

解决方法:

图 1.2 英文版帮助文档摘录

从上述英文版帮助文档不难看出,程序处理释放梁端约束实质是在释放节点位置建立虚拟弹簧单元,弹簧刚度矩阵为上文中k ̅的第一个矩阵(由于虚拟弹簧的间距无限小,所以扭转和剪切的相关性不存在,体现在矩阵中的0项)。

考虑到测试模型需要输出变形和内力,从而可以反算弹簧刚度。测试模型如下图所示:

图 1.3 测试模型

由于最终结果输出以i,j端为输出位置,加载弯矩荷载采用单元荷载中的集中弯矩,加载位置选择距离i端很小距离:

显然通过查看计算后的转角结果(Ry)以及输入的外力My可以反算虚拟弹簧的内部刚度值(K=My/Ry)通过输入“数值”刚度检查测试模型是否有效:

图 1.5 输入固定刚度值

图 1.6 位移计算结果

输入刚度值和位移结果达到预期效果:10=1000000/10000。至此可得到程序输入固定刚度的含义:弯矩和转角之间的比值(刚度的基本定义)。

通过输入“相对值”刚度确定程序内部实际采用刚度“数值”

通过上述方法,将输入方式调整为按“相对值”方式输入刚度。通过程序计算得到的位移结果和已知的外荷载(1000000kNm)可进一步测试相对值方式程序内部采用的弹簧刚度。

具体操作可以采用如下技巧:

(1) 通过释放梁端约束表格修改释放比值:

(2) 通过查看表格结果并修改输出位移小数位数

图 1.8 位移结果表格(右键菜单选择增加显示小数位数)

图 1.9 修改Ry输出小数位数

最终对比结果

显然从单元刚度矩阵中可以看出梁单元i端的扭转刚度取值为:4EI/L。根据上述方法可整理对比结果如

下表所示:

表 1.1 反算刚度与杆件刚度对比表格

 结论:

再次审视英文帮助文档提供的最终处理方法表格:

释放梁端约束的含义及输入方式的比较

10 / 41

图 1.10 英文帮助文档

从表中公式不难看出,程序处理相对值方式输入的刚度值,是以定义释放梁端约束的杆件刚度为基准的,

本次测试中以扭转刚度为基准(4EI/L),修正系数不是简单的乘以用户输入的相对值,而是通过r1/(1-r1)

的方式输入(此处r1为用户输入的相对值)。

现将整体测试结论整理如下:

(1) 绝对值输入的刚度就是简单的扭转刚度,输入单位量纲同EI/L。

(2) 相对值输入的刚度与选择的单元有关,特别注意此处由于用到了单元刚度,故刚度取值与单元长度有关。如果缩短和增长单元的长度,显然程序内部采用的释放刚度(虚拟弹簧刚度)将发生变化,整个结构的位移结果也将发生变化(整个模型的效应结果由于刚度分配原理发生改变)。

(3) 相对值输入的比值不是简单的乘以杆件刚度后作为虚拟弹簧的刚度,而是需要用到上述表格的换算公式r1/(1-r1)。

(4) 最后想特别说明,单元的刚度与长度直接相关(EI/L),虚拟单元由于长度非常小,其刚度值将非常大,故没有释放梁端约束的节点位置,如果考虑节点本身的刚度将类似于表格中输入比例1的情况,即此处相当于有一个刚度非常大的弹簧,其起到连接左右杆件的作用。正因如此对比表格结果会发现,当输入>0.5的比例值后,实际采用的节点刚度较原杆件的刚度是增大的。这可能是很多用户不甚理解的地方,究其根本主要是理解节点本身扭转刚度无穷大的基本想法(现实中单独一个节点的刚度是没有意义的,此处仅为便于理解)。

(5) 实际操作中输入1和0是比较容易理解的。输入中间值建议根据比例公式r1/(1-r1)或工程经验输入绝对值即可,但程序内部采用的连接刚度本文已经比较详实的阐述完毕。

相关标签搜索：知识库-Civil释放梁端约束的含义及输入方式比较 Midas Civil分析 Midas Civil培训 Midas Civil培训课程 Midas Civil在线视频教程 Midas Civil技术学习教程 Midas Civil软件教程 Midas Civil资料下载 Midas Civil代做 Midas Civil基础知识 Fluent、CFX流体分析 HFSS电磁分析 Ansys培训