结构概念分析与ANSYS程序实现
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spContent=本课程以通用有限元程序ANSYS为工具,通过对命令流的学习,使学生了解并掌握基本结构概念,培养解决实际工程问题和科研问题的能力。
—— 课程团队
课程概述

本课程的主要目标是使学生掌握通用有限元程序ANSYS的命令流编程方法和技巧;并在此基础上深刻理解和掌握结构基本概念,包括几何非线性、材料非线性、结构稳定、结构动力学等各方面的结构概念;并通过重大工程案例的讲解,培养学生解决实际工程问题和科研问题的能力。要求学生具备材料力学、结构力学、钢结构、结构稳定和结构动力学方面的基础知识,对ANSYS用户界面有基本了解。

授课目标

本课程以通用有限元程序ANSYS为工具,通过对命令流的学习,使学生了解并掌握基本结构概念,培养解决实际工程问题和科研问题的能力。

课程大纲

第00讲:绪论(1个视频)

    前修课程介绍,ANSYS用户界面简介,命令流简介。


第01讲:求解简支梁的挠度(7个视频

【算例Ex01a】

题目:纯弯简支钢梁的挠度

概念:01.01)平截面假定

           01.02)有限元的基本思想

           01.03)梁单元的形函数

【算例Ex01b】

题目:承受均布荷载的简支钢梁的挠度(Beam3)

【算例Ex01c】

题目:承受均布荷载的简支钢梁的挠度(Beam188)

概念:01.04)弯曲变形和剪切变形

           01.05)单元划分对刚度的影响

【算例Ex01d】

题目:宽翼缘箱梁的剪力滞后效应

概念:01.06)梁单元Beam188的形函数

           01.07)计算目的和模型选取之间的关系

           01.08)如何准确设置约束条件


第02讲:求解单层网壳的屈曲荷载(5个视频

【算例Ex02a】

题目:求解单层网壳的屈曲荷载

概念:02.01)梁单元形函数精度对计算结果的影响

           02.02)线性屈曲分析的过程

           02.03)线性屈曲系数和屈曲模态的意义

【算例Ex02b】

题目:求解单层网壳的屈曲荷载(杆件划为多段)

概念:02.04)网壳的整体失稳和局部失稳

          02.05)计算目的和计算模型的选取

          02.06)网壳的整体刚度和构件局部刚度之间的关系

【算例Ex02c】

题目:求解单层球面板壳的屈曲荷载

概念:02.07)拓补关系和建模方法

【算例Ex02d】

题目:铝合金板式节点网壳的屈曲荷载

概念:02.08)铝合金板式节点网壳的构成

           02.09构件的自由扭转和约束扭转

           02.10开口截面和闭口截面的抗扭刚度对比


第03讲:认识应力刚度(7个视频

【算例Ex03a】

题目:顶部侧向弹簧约束的二力杆的屈曲荷载

概念:03.01)杆单元的弹性刚度矩阵

          03.02)杆单元的应力刚度矩阵

          03.03)线性屈曲分析的数学过程

          03.04)ANSYS中刚度矩阵存储时的数据结构

          03.05)平衡法和能量法求解屈曲荷载和屈曲模态

【算例Ex03b】

题目:有侧向弹簧约束的多根二力杆体系的屈曲荷载

概念:03.06)根据物理意义直接写弹性刚度矩阵

           03.07)根据物理意义直接写应力刚度矩阵

           03.08)如何判断第1阶屈曲模态

           03.09)第1阶屈曲模态为何是正弦曲线

【算例Ex03c】

题目:有转角弹簧约束的多根二力杆体系的屈曲荷载

概念:03.10)弯曲失稳的压杆离散化等效模型

           03.11)如何耦合自由度


第04讲:认识几何非线性(11个视频

【算例Ex04a】

题目:杆桁架中点承受竖向荷载时的挠度

概念:04.01)结构力学线性解答

          04.02)根据物理方程和平衡方程推导精确解

          04.03)引起几何非线性的原因之一:变形量误差

          04.04)引起几何非线性的原因之二:平衡误差

          04.05杆桁架的刚度变化过程

【算例Ex04b】 

题目:杆桁架和两杆拱的对比

概念:04.06)两杆拱的刚度变化过程

          04.07)保守系统的能量守恒

          04.08)真正的平衡:时时刻刻平衡

          04.09)求解非线性方程组的牛顿-拉芙逊迭代法

          04.10)求解非线性方程组的弧长法

【算例Ex04c】

题目:铰支扁拱的跳跃失稳

概念:04.11)跳跃失稳的概念

【算例Ex04d】 

题目:60单元铰接穹顶的多重跳跃失稳

概念:04.12)基本平衡路径

【算例Ex04e】

题目:承受均布荷载的拉索

概念:04.13)拉索的轴向刚度

          04.14)加载路径对拉索轴向刚度的影响

          04.15)加载路径对拉索竖向刚度的影响


第05讲:求解四边简支板的屈曲荷载(7个视频

【算例Ex05a】 

题目:四边简支板的屈曲荷载

概念:05.1)四边简支板的平衡微分方程

          05.2)单位板宽的抗弯刚度

          05.3)经典弹性力学理论的基本假定

          05.4)平面内约束条件对屈曲荷载的影响

          05.5)泊松效应,泊松比对屈曲荷载的影响

【算例Ex05b】 

题目:弹性四边简支板的屈曲后强度

概念:05.6)四边简支板的屈曲后强度

          05.7)采用一致模态法施加初始缺陷

          05.8)对比纵向压力场和横向拉力场

【算例Ex05c】 

题目:弹塑性四边简支板的屈曲后强度

概念:05.9)四边简支板的弹塑性屈曲后强度

【算例Ex05d】 

题目:钢卷尺的悬臂长度

概念:05.10)工程构件中的板件的边界条件

          05.11)四边简支板和三边简支板的稳定系数k

          05.12)板件局部失稳的屈曲半波长

          05.13)长宽比对线性屈曲荷载的影响

          05.14)正放、反放和侧放时钢卷尺的悬臂长度对比


第06讲:认识材料非线性(预计20个视频

【算例Ex06a】 

题目:圆棒的单轴拉压

概念:06.01)单轴拉压时的屈服,强化,卸载,反向加载

          06.02)双线性随动强化模型BKIN

          06.03)多线性随动强化模型KINH

          06.04)双线性各向同性强化模型BISO

          06.05)多线性各向同性强化模型MISO

【算例Ex06b】 

题目:纯弯简支钢梁的挠度

概念:06.06)延性对结构性能的影响

          06.07)低碳钢单轴拉伸应力应变曲线的几个阶段

【算例Ex06c】 

题目:残余应力对轴拉构件的影响

概念:06.08)残余应力对轴拉构件的承载力几乎无影响

          06.09)残余应力会提前降低轴拉构件的刚度

          06.10)有残余应力的轴拉构件卸载后有残余变形

【算例Ex06d】 

题目:双向受拉钢板的承载力

概念:06.11)多轴应力作用下的屈服条件

          06.12)多轴应力作用下的流动法则

          06.13)多轴应力作用下的强化条件

          06.14)米塞斯屈服准则,屈服面

【算例Ex06e】 

题目:承受均匀压力的圆球

概念:06.15)米塞斯屈服准则和静水压力无关

          06.16)钢材在三向拉应力作用下会变脆

【算例Ex06f】 (待补充)

题目:矩形截面简支梁的塑性铰模型

概念:06.17)塑性铰模型

          06.18)结构的层次:纤维、截面、构件、结构

【算例Ex06g】 (待补充)

题目:开孔受拉钢板的极限承载力

概念:06.19)应力集中现象

          06.20)延性对应力集中现象的影响

 

第07讲:钢压杆的极限承载力(预计20个视频

【算例Ex07a】 

题目:H型截面轴压构件的极限承载力

概念:07.01)轴压构件的弯曲失稳

          07.02)多条柱子曲线

          07.03)Perry公式

          07.04)正则化长细比和整体稳定系数

【算例Ex07b】 

题目:H型截面轴压构件的极限承载力(考虑残余应力)

概念:07.05)焊接工字钢的残余应力模式

          07.06)剪切边和火焰切割边的差别

          07.07)Beam188的截面分块和积分点

          07.08)残余应力对构件整体稳定性能的影响

【算例Ex07c】 

题目:T型截面轴压构件的极限承载力

概念:07.09)轴压构件的弯扭失稳机理

          07.10)轴压构件弯扭失稳的力学分析

          07.11)等效弯扭长细比

【算例Ex07d】 

题目:理想十字型截面轴压构件的扭转失稳

概念:07.12)轴压构件的扭转失稳机理

          07.13)扭转失稳长细比

          07.14)圣维南原理

          07.15)残余应力对轴压构件扭转失稳的影响

【算例Ex07e】 

题目:H型截面钢梁的弯扭失稳

概念:07.16)钢梁弯扭失稳的机理

          07.17)钢梁弯扭失稳的影响因素

          07.18)临界弯矩


第08讲:结构动力学分析浅析(预计20个视频

【算例Ex08a】 

题目:弹簧串联多质点体系的无阻尼模态分析

概念:08.01)结构动力学基本方程

          08.02)结构的质量矩阵

          08.03)模态分析的数学特征

【算例Ex08b】 

题目:简支梁的无阻尼模态分析

概念:08.04)集中质量和一致质量

          08.05)惯性耦合

          08.06)瑞雷李兹法

【算例Ex08c】 

题目:单自由度体系的有阻尼模态分析

概念:08.07)阻尼,ANSYS中三种阻尼输入方式

          08.08)瑞雷阻尼

【算例Ex08d】 

题目:采用振型分解反应谱法计算三层框架的地震响应

概念:08.09)振型分解反应谱法

          08.10)地震反应谱

          08.11)振型的正交性

          08.12)振型的归一化准则

          08.13)振型参与系数

          08.14)SRSS和CQC

【算例Ex08e】 

题目:单自由度体系的时程分析

概念:08.15)时程分析

          08.16)地震波的输入


第09讲:上海国际会议中心球面网壳整体稳定性分析(预计10个视频

【算例Ex09a】 

题目:采用截面折减法模拟节点刚度

概念:09.01)节点刚度

          09.02)半刚接节点、刚接节点、杆端刚域

          09.03)复杂工程的分析逻辑:引例

          09.04)截面折减法

【算例Ex09b】 

题目:采用线性弹簧COMBIN14模拟节点刚度

概念:09.05)采用线性弹簧COMBIN14模拟节点刚度

【算例Ex09c】 

题目:采用非线性弹簧COMBIN39模拟节点刚度

概念:09.06)采用非线性弹簧COMBIN39模拟节点刚度

【算例Ex09d】 

题目:上海国际会议中心单层球面网壳的整体稳定性

概念:09.07)一致模态法施加缺陷

          09.08)缺陷的方向

          09.09)节点刚度对整体稳定性的影响

【算例Ex09e】 

题目:铝合金板式节点网壳的整体稳定性

概念:09.10)铝合金板式节点简介

          09.11)铝合金板式节点的四折线刚度模型

          09.12)弯曲刚度对整体稳定性影响最大

          09.13)轴向刚度对挠度影响最大

          09.14)铝合金板式节点网壳的整体稳定性试验简介

          09.15)铝合金结构研究体系介绍


第10讲:国家大剧院施工过程分析(预计20个视频

【算例Ex10a】 

题目:强迫位移法模拟单跨钢梁的施工过程

概念:10.01)介绍国家大剧院的施工过程

          10.02)施工过程中约束条件的改变如何模拟

          10.03)设计引例:单跨钢梁的施工过程

          10.04)强迫位移法

【算例Ex10b】 

题目:采用非线性弹簧模拟单跨钢梁的施工过程

概念:10.05)采用非线性弹簧模拟施工过程

【算例Ex10c】 

题目:采用生死单元法模拟单跨钢梁的施工过程

概念:10.06)生死单元法

【算例Ex10d】 

题目:采用耦合自由度法模拟单跨钢梁的施工过程

概念:10.07)自由度耦合

【算例Ex10e】 

题目:国家大剧院钢网壳施工过程模拟

概念:10.08)国家大剧院钢网壳结构体系介绍

          10.09)该施工方法的有利影响和不利影响

          10.10)拱脚的次弯矩

【算例Ex10f】 

题目:铰支扁拱的跳跃失稳(加载过程中变为固接)

概念:10.11)重启动技术

          10.12)加载过程中约束条件的变化对承载力的影响

【算例Ex10g】 

题目:某次失败的轴压构件试验模拟

概念:10.13)刀口支座介绍

          10.14)刀口支座的转动能力

          10.15)加载过程中约束条件的变化对承载力的影响

 

第11讲:大跨度钢结构的卸载分析(预计30个视频

【算例Ex11a】 

题目:钢梁卸载过程模拟

概念:11.01)介绍大跨钢结构的常见施工过程

          11.02)强迫位移法

          11.03)约束方程法

          11.04)恒力支撑法

          11.05)弹性支撑法

【算例Ex11b】 

题目:盐城体育场钢结构卸载过程分析

概念:11.06)盐城体育场钢结构体系介绍

          11.07)盐城体育场钢结构的临时支撑体系

          11.08)盐城体育场钢结构的卸载方案

          11.09)第1类卸载问题:位移控制、独立支撑

【算例Ex11c】 

题目:国家大剧院钢网壳卸载过程分析

概念:11.10)国家大剧院钢网壳结构体系介绍

          11.11)国家大剧院钢网壳的临时支撑体系

          11.12)国家大剧院钢网壳的卸载方案

          11.13)第1类卸载问题:位移控制、联合支撑

【算例Ex11d】 

题目:马鞍山游泳馆钢结构卸载过程分析

概念:11.14)马鞍山游泳馆钢结构体系介绍

          11.15)马鞍山游泳馆钢结构的临时支撑体系

          11.16)马鞍山游泳馆钢结构的卸载方案

          11.17)第3类卸载问题:力控制

【算例Ex11e】 

题目:虹桥国家会展中心钢结构卸载过程分析

概念:11.18)虹桥国家会展中心钢结构体系介绍

          11.19虹桥国家会展中心钢结构的临时支撑体系

          11.20虹桥国家会展中心钢结构的卸载方案

          11.21)第4类卸载问题:恒力千斤顶

预备知识

要求学生具备材料力学、结构力学、钢结构、结构稳定和结构动力学方面的基础知识,且对ANSYS的用户界面操作有基本了解和认识。

证书要求

暂无