線性結(jié)構(gòu)靜力分析

本章主要介紹線性靜力分析，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的工程實(shí)例，使讀者對(duì)線性靜力分析的方法有一個(gè)初步的了解，為以后解決復(fù)雜的工程問(wèn)題打下基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)靜力分析主要用來(lái)分析由穩(wěn)態(tài)外載荷所引起的位移、應(yīng)力和應(yīng)變等，其中穩(wěn)態(tài)載荷主要包括外部施加的力、穩(wěn)態(tài)的慣性力（如重力和旋轉(zhuǎn)速度）、位移和溫度等有限元法的基本應(yīng)用領(lǐng)域，適于求解慣性及阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響不顯著的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)靜力分析可以分為線性靜力分析和非線性靜力分析。

進(jìn)一步掌握各模塊的使用方法

了解線性靜力分析的方法和步驟

任務(wù)驅(qū)動(dòng)&項(xiàng)目案例

3.1 靜力分析介紹

3.1.1 結(jié)構(gòu)靜力分析簡(jiǎn)介

1．結(jié)構(gòu)分析概述

結(jié)構(gòu)分析是有限元分析方法最常用的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。它包括土木工程結(jié)構(gòu)，如橋梁和建筑物；汽車(chē)結(jié)構(gòu)，如車(chē)身骨架；航空結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)機(jī)身；船舶結(jié)構(gòu)，如船體骨架等；同時(shí)還包括機(jī)械零部件，如活塞、傳動(dòng)軸等。結(jié)構(gòu)分析就是對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。

2．結(jié)構(gòu)靜力分析

計(jì)算的線性和非線性的角度可以把結(jié)構(gòu)分析分為線性分析和非線性分析，從載荷與時(shí)間的關(guān)系又可以把結(jié)構(gòu)分析分為靜力分析和動(dòng)態(tài)分析，而線性靜力分析是最基本的分析，下面對(duì)其進(jìn)行介紹。

（1）靜力分析的定義

靜力分析計(jì)算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，它不考慮慣性和阻尼的影響，如結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化載荷的情況?？墒?，靜力分析可以計(jì)算那些固定不變的慣性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響（如重力和離心力），以及那些可以近似為等價(jià)靜力作用的隨時(shí)間變化載荷（如許多建筑規(guī)范中所定義的等價(jià)靜力風(fēng)載荷和地震載荷）。線性分析是指在分析過(guò)程中結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)和載荷參數(shù)只發(fā)生微小的變化，以致可以把這種變化忽略，而把分析中的所有非線性項(xiàng)去掉。

（2）靜力分析中的載荷

靜力分析用于計(jì)算由那些不包括慣性和阻尼效應(yīng)的載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定，即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。

靜力分析所施加的載荷包括以下幾種。

外部施加的作用力和壓力。

穩(wěn)態(tài)的慣性力（如重力和離心力）。

位移載荷。

溫度載荷。

3.1.2 靜力分析的類型

靜力分析可分為線性靜力分析和非線性靜力分析，靜力分析既可以是線性的也可以是非線性的。非線性靜力分析包括所有的非線性類型：大變形、塑性、蠕變、應(yīng)力剛化、接觸（間隙）單元、超彈性單元等。本節(jié)主要討論線性靜力分析，非線性靜力分析在第5章中介紹。

從結(jié)構(gòu)的幾何特點(diǎn)上講，無(wú)論是線性的還是非線性的靜力分析都可以分為平面問(wèn)題、軸對(duì)稱問(wèn)題和周期對(duì)稱問(wèn)題及任意三維結(jié)構(gòu)。

3.1.3 靜力分析基本步驟

1．建模

建立結(jié)構(gòu)的有限元模型，使用ABAQUS軟件進(jìn)行靜力分析，有限元模型的建立是否正確、合理，直接影響到分析結(jié)果的準(zhǔn)確可靠程度。因此，在開(kāi)始建立有限元模型時(shí)就應(yīng)當(dāng)考慮要分析問(wèn)題的特點(diǎn)，對(duì)需要?jiǎng)澐值挠邢拊W(wǎng)格的粗細(xì)和分布情況有一個(gè)大概的規(guī)劃。

2．施加載荷和邊界條件，求解

在上一步建立的有限元模型上施加載荷和邊界條件并求解，這部分要完成的工作包括：指定分析類型和分析選項(xiàng)，根據(jù)分析對(duì)象的工作狀態(tài)和環(huán)境施加邊界條件和載荷，對(duì)結(jié)果輸出內(nèi)容進(jìn)行控制，最后根據(jù)設(shè)定的情況進(jìn)行有限元求解。

3．結(jié)果評(píng)價(jià)和分析

求解完成后，查看結(jié)果文件Jobname.odb，結(jié)果文件由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成。

基本數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)位移（UX、UY、YZ、ROTX、ROTY、ROTZ）。

導(dǎo)出數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)單元應(yīng)力、節(jié)點(diǎn)單元應(yīng)變、單元集中力、節(jié)點(diǎn)反力等。

（內(nèi)容、圖片來(lái)源：《ABAQUS 2020有限元分析從入門(mén)到精通》，侵刪）

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