文档介绍：西安市新城区某公司科研办公楼结构设计
有限元分析报告
撰写人：王壬 班级：工程力学1203
学号：学1010321
指导教师：张卫教
2016年6月15日
目录
1工程概况 2
2分析依据 3
3荷载与计算工况 4
杆件系统的分层组合式； 另一种组合方式是采用等参数单元，使用带钢筋膜的单元来进行模拟，主要适用 于二维或三维结构的带膜组合式或带钢筋的组合式。
整体式模型也是在考虑钢筋与混凝土之间无滑移的情况下使用的。假定钢筋 弥散于整个单元中，并把单元视为连续均匀材料，由此求出的是综合了混凝土与 钢筋两种材料的单元刚度矩阵。
在ANSYS中可以考虑的钢筋混凝土模型一般是两种，即分离式模型和整体 式模型。分离式模型虽然在理论上可行，但在进行复杂结构的分析时，对计算机 第6页
的性能要求较高，计算效率较低。因此本文空间结构计算模型采用的是整体式有 限单元模型来处理钢筋混凝土结构。
单元选取
梁、柱单元的选取
梁、柱采用空间Pmoshenk。单元，拟合其弯曲、拉压及扭转受力状态。
Beam 188是一个二节点的三维线性梁，适用于分析细长的梁，其元素是基 于Pnioshenko梁理论的，具有扭切变形效果。Beam 188在每个节点上有6或7 个自由度，（自由度）数目的变化是由KEYOPTQ）来控制的。当KEYOPT⑴=0 时（默认），每节点有6个自由度。分别是沿x,y,z的位移及绕其的转动。当 KEYOPT⑴=1时,会添加第七个自由度（翘曲量），Beam 188单元示意图如图4 所示。
图471111 osheiiko梁单元示意图
板单元的选取
板采用弹性壳单元。
Shell 181适用于薄到中等厚度的壳结构。该单元有四个节点,单元每个节点 有六个自由度,分别为沿节点X,Y,Z方向的平动及绕节点X,Y,Z轴的转动。退化的 三角形选项用于网格生成的过渡单元。Shell 181单元具有应力刚化及大变形功能。 该单元有强大的非线性功能，并有截面数据定义，分析，可视化等功能，还能定义复 合材料多层壳；Shell 181单元示意图如图5所示。
图5弹性壳单元示意图
分网与有限元模型
建模思路
经查阅ANSYS相关书籍得知Beanil88单元适合于分析从细长到中等粗短 的梁结构，该单元基于铁木新科梁结构理论，并考虑了剪切变形的影响。有大量 研究也表明该单元可以很好的模拟型钢梁与柱，计算结果与实际比较接近，那是 因为钢材的材质比较均匀。但框架混凝土梁与柱材质并不均匀，混凝土内部含各 种钢筋，故采用整体式模型，并把单元视为连续均匀材料，那么Beaml88便可 以很好的模拟框架混凝土梁与柱了。
Shell ，单元每个节点有 六个自由度,分别为沿节点X,Y,Z方向的平动及绕节点X,Y,Z轴的转动。在此处 刚好可以模拟板结构。
综上所述，得出以下建模思路：
用Beaml88. Shelll81单元建立空间框架结构模型，与PKPM计算结果进 行比较；
分网
对梁和柱均设置为按份数进行划分，份数取为20：对板进行划分时，考虑 到板的边界与梁重合，故分网大小与梁相同，有限元模型图如图4所示。
图6有限元模型图
5静力分析
模态结果
对框架结构进行模态分析，提取前六阶振型图，并统计前六阶的频率，周期 和振型特点。
表2 ANSYS分析结构动力参数
阶数
周期(s)
频率(Hz)
振幅特点
1
平动，横向
2
平动，纵向
3
扭转
4
平动，横向
5
平动，纵向
6
扭转
表3 PKPM计算结构动力参数
阶数
周期(S)
频率(Hz)
振幅特点
1
平动，横向
2
扭转
3
平动，纵向
4
平动，横向
5
平动，扭转
6
平动，扭转
对表2及表3的数据进行分析可知，对于PKPM计算结果，结构在二阶模 态时发生扭转变形；对于ANSYS计算结果，结构在三阶模态时出现扭转变形。 ANSYS计算各阶模态位移图如图873所示。
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