有限元分析是根據變分原理求解數學及物理問題的數值計算方法。是工程方法和數學方法相結合的產物，它可以求解許多過去用解析方法無法解決的問題。特別是隨著計算機軟件、硬件的飛速發展，有限元也得到了飛速發展，從航天、航空擴展到土木、水利、造船和機械工程，從結構分析擴展到流體力學、熱傳導以及電磁場等各種領域。目前用于結構分析的大型通用軟件有ANSYS，NASTRAN ，ALGOR等。
       利用ANSYS可以對結構在各種外荷載條件下的受力、變形、穩定性及動力特性做出全面分析，從力學計算、組合分析等方而提出全面的解決方案，它功能強大且方便易用。為此筆者采用了有限元分析軟件ANSYS對某平而框架在水平荷載一風荷載、地震荷載作用下的內力與變形進行了有限元分析，并同手算結果進行了比較。結果表明，方法可行、數據準確、方便快速。
       某綜合樓為五層鋼筋混凝土框架結構體系層高3.6 m，室內外高差為0.2m，基礎頂面至室外地面距離0.4 m，采用C20混凝土，抗震設防為7度近震。框架平而柱網布置及橫向框架底層柱高度為4.2 m，其余各層為3.6 m。框架梁柱截而尺寸及材料特性。有限元分析的實施過程大致可分為3個階段：
       (1)前處理。將整體結構或一部分簡化為理想的數學模型，用離散化的網格代替連續實體結構或求解域。
       (2)分析計算。根據工程實際情況進行靜力、動力、線性或非線性等計算。
       (3)后處理。對計算結果進行分析、整理和歸納。
       在有限元分析中，離散化結構模型的建立是經濟、可靠地進行工程結構靜、動力分析的關鍵。因此在建立有限元分析模型時，要盡可能使計算模型的尺寸、材料性質、荷載、邊界條件等與原結構相同，使模型能夠真正反映原結構的受力狀態。因此，本文建立有限元分析模型柱底邊界為固端，單元類型選擇為beam3。beam3是單軸、承受拉力、壓力及力矩的單元，每個節點具有X與Y位移方向及繞Z軸旋轉角度3個自由度。
       平面框架的內力分析主要考慮結構在豎向荷載及水平荷載作用下的內力組合。水平荷載就是風荷載、地震荷載，兩者不可輕易忽略。該結構所在地區基本風壓為0.5kN/m²，考慮風荷載體型系數、風振系數、風壓高度系數，得到結構風荷載作用值，利用ANSYS對結構進行在風荷載作用下的有限元分析，從而可以直觀地得到框架彎矩云圖、位移變形圖等。
       其中框架桿件中最大負彎矩為31.005kN.m，發生在框架底部彎矩值最大，頂層水平位移為7.55 mm ，從上而下逐層減少。
       平面框架在水平風荷載作用下，手工計算彎矩方法主要有反彎點法、D值法等，其計算過程復雜，工作量大，時間長。而用有限元進行分析，不但節省時間、而且工作量小。
       手工計算結果，手算結果彎矩最大值位于柱底桿端，數值為31.11 kN.m，頂層側位移為7.83mm，與有限元計算結果數值十分接近。同樣的方法可以得到框架結構的剪力、軸力圖。其中剪力、軸力均是下層數值偏大，且軸力圖中中間內柱軸力較外柱數值小，這與手算結果也相符。

                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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