「CivilFEM案例」用Python進行線性和非線性結構分析

01

案例介紹

這個案例中主要介紹CivilFEM2018高級功能——Python腳步在結構建模、加載、分析與結構後處理各個過程中的應用。

案例分析了由杆件和彈簧組成的簡單結構，杆件一端固定，另一端與一線性彈簧連接，這端可以在垂直方向上移動，並受到30磅的集中荷載P，方向如下圖，加載隨時間變化而變化，最後達到30磅。

02

結構基本參數

• 杆件截面：實心圓柱
• 杆件彈性模量：1e7
• 杆件泊松比：0.3
• 線性彈簧彈性係數：6lb/in

03

使用Python構建結構模型

使用Python建模、定義截面屬性、材質、結構元素和劃分網格。

newDocument(&34;,&34;,&34;)

ConfigUnits.System = &34;

import matplotlib.pyplot as pl

import matplotlib.animation as animation

34;1&34;2&34;Truss&34;1&34;2& Materials and sections

createGenericMat(&34;,Double(1e+07),Double(0.3),Double(0),Double(0))

createGenericSection(&34;,&34;,Double(1),Double(1e-10),Double(1e-10),Double(0))

34;Truss&34;Truss_sect&34;Truss_sect&34;Truss&34;Truss&34;Spring&34;ToGround&34;Truss&34;Fit& Mesh

mesh()

04

施加荷載、定義邊界條件和荷載工況

施加時序荷載：

1s: 5lb; 4s: 8lb; 4.8s: 12 lb; 6.6s: 30lb

定義杆件兩端約束；

創建4個荷載工況。

34;Load_1&34;Load_1&34;Load&34;Truss&34;Load_4&34;Load_4&34;Load&34;Truss&34;Load_4_8&34;Load_4_8&34;Load&34;Truss&34;Load_6_6&34;Load_6_6&34;Load&34;Truss&34;BC&34;BC&34;1&34;Truss&34;2&34;Truss& LCs

createLoadCase(&34;)

loadCase1 = LoadCasesContainer.Find(&34;)

addLoadGroupToLoadCase([loadCase1],&34;,Double(1))

addBCGroupToLoadCase([loadCase1],&34;)

createLoadCase(&34;)

loadCase1 = LoadCasesContainer.Find(&34;)

addLoadGroupToLoadCase([loadCase1],&34;,Double(1))

addBCGroupToLoadCase([loadCase1],&34;)

loadCase1.LoadCaseCalculationTime = Double(4.0)

createLoadCase(&34;)

loadCase1 = LoadCasesContainer.Find(&34;)

addLoadGroupToLoadCase([loadCase1],&34;,Double(1))

addBCGroupToLoadCase([loadCase1],&34;)

loadCase1.LoadCaseCalculationTime = Double(4.8)

createLoadCase(&34;)

loadCase1 = LoadCasesContainer.Find(&34;)

addLoadGroupToLoadCase([loadCase1],&34;,Double(1))

addBCGroupToLoadCase([loadCase1],&34;)

loadCase1.LoadCaseCalculationTime = Double(6.6)

05

線性求解分析

solve()

34;LC_1_0s.rcf&34;UTy&34;LC_4_0s.rcf&34;UTy&34;LC_4_8s.rcf&34;UTy&34;LC_6_6s.rcf&34;UTy& Add individual solution controls to the LCs for the non linear case

loadCase1 = LoadCasesContainer.Find(&34;)

loadCase1.SolutionControl.IsParticularControl = True

loadCase1.SolutionControl.InitialTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1.SolutionControl.MinimumTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1.SolutionControl.MaximumTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1 = LoadCasesContainer.Find(&34;)

loadCase1.SolutionControl.IsParticularControl = True

loadCase1.SolutionControl.InitialTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1.SolutionControl.MinimumTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1.SolutionControl.MaximumTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1 = LoadCasesContainer.Find(&34;)

loadCase1.SolutionControl.IsParticularControl = True

loadCase1.SolutionControl.InitialTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1.SolutionControl.MinimumTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1.SolutionControl.MaximumTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1 = LoadCasesContainer.Find(&34;)

loadCase1.SolutionControl.IsParticularControl = True

loadCase1.SolutionControl.InitialTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1.SolutionControl.MinimumTimeStep = Formula(&34;)

loadCase1.SolutionControl.MaximumTimeStep = Formula(&34;)

ConfigSolver.CreateIntermediateNonLinearResults = True

ConfigSolver.LargeDeflections = True

solve()

34;LC_1_0s_&34;.rcf&34;UTy&34;LC_4_0s_&34;.rcf&34;UTy&34;LC_4_8s_&34;.rcf&34;UTy&34;LC_6_6s_&34;.rcf&34;UTy& Plot results

fig=pl.figure(figsize=(30, 10), dpi=72)

ax1 = pl.subplot(1, 3, 1)

F_lin=[0, 5, 8, 12, 30]

ax1.plot(D_lin, F_lin, marker=&39;, color=&34;, linewidth=1.0, linestyle=&34;, label=&39;)

F_n_lin=[]

for x in range (0,11):

F_n_lin.append(5.0/10.0*x)

for x in range (1,31):

F_n_lin.append(3.0/30.0*x+5.0)

for x in range (1,9):

F_n_lin.append(4.0/8.0*x+8.0)

for x in range (1,19):

F_n_lin.append(18.0/18.0*x+12.0)

39;.&34;red&34;-&39;Non-linear&39;upper left&39;Force(lbf)&39;Abs displacement (in)&39;Linear VS Non-linear& Animation of second subplot.

ax2 = pl.subplot(1, 3, 2)

ax2.plot([0,100], [0,1], marker=&39;, color=&34;, linewidth=1.0, linestyle=&34;, label=&39;)

line, =ax2.plot([0,100], [0,1-D_n_lin[i]], marker=&39;, color=&34;, linewidth=1.0, linestyle=&34;, label=&39;)

def animate(i):

line.set_data([0,100], [0,1-D_n_lin[i]])

return line,

ax2.set_title(&39;)

ax2.set_ylim(-1.8, 1.1)

ax2.set_xlim(0.0, 101)

ax2.set_ylabel(&39;)

ax2.set_xlabel(&39;)

ax2.grid(True)

line_ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=67, interval=5, blit=True)

CivilFEM2018整個分析過程都可以使用Python腳本，對於熟悉Python的用戶，這個功能可以大幅提升工作效率。

---

CivilFEM 2018 powered by Marc （簡稱CivilFEM）是一款高級非線性土木工程專用有限元商業軟體，由西班牙INGECIBER公司開發，該公司同時開發ANSYS/CIVILFEM土木模塊。獨立的CivilFEM商業軟體採用了Marc非線性求解器，方便易用的建模環境，快速高效的求解過程，豐富的後處理功能，CivilFEM2018正在成為土木工程師必備的卓越軟體工具。上海圖傑信息科技公司是CivilFEM2018在中國地區的銷售和技術支持機構。