ETE-Frame3D 程序操作介绍与实例


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2022-01-19，第一版发布
【程序下载】 程序: ETE-Frame3D有限元分析程序(版本2022-01-20)

ETE-FRAME3D的操作界面，实例为网壳实例

ETE-FRAME3D是dinochen.com推出的第一款三维结构力学求解器，FRAME-3D自带核心的小型结构分析程序，可用于以后的有限元算法学习及优化算法拓展，也可用于结构动力学的学习与研究。目前的结构有限元程序SAP2000，或开源的OPENSEES已经很完善，但由于软件太大了，不好用于深入学习与算法拓展，所以开发一个小型的自带核心的小型结构分析程序很有必要，对于研究结构优化很有意义。往后可以增加单元与算法，可以实现更多有趣的计算。

   
最近阅读了《工程中的有限元方法（第3版）》一书有所得，作者是Tirupathi R. Chandrupatla。通过阅读书的有第8章，关于三维框架的有限元算法，将算法编制出来，结合建模与后处理的界面，形成了第1代的三维杆系求解器，如下图所示，命名为FRAME-3D，供大家同行学习使用，关于书上关于三维框架的章节，如下图所示（另外发现书上有些公式有误，有限元的书一定要认真看，才能发现书上不对的地方），是本程序的核心内容。

发现书有误的地方如下：
 
 ETE-FRAME3D软件基本功能说明：
（1）程序目前内核：基于3D杆系的结构力学求解器
（2）矩阵求解方法：采用Sparse Solver稀疏矩阵求解器
（3）文件可以保存为S2K文件，与ETO文件相同
（4）可以导出文件到ETO，进行OPENSEES模型建模，可直接生成OPENSEES模型
（5）支持导入DXF文件格式，可以用GH来画复杂模型
（6）目前只支持静力求解，可以导出全部节点与单元的计算结果。
 

 
FRAME3D导出文件导入SAP2000后的效果

软件基本操作过程：
（1） 采用界面进行建模（类似ETABS与SAP2000）
（2） 或者采用AUTOCAD进行建模，然后通过DXF2000导入FRAME3D当中
（3） 定义弹性材料，截面，绘制节点，绘制构件，指定约束，指定工况与点荷载
（4） 程序目前还没有线荷载，过一段时间加入。
（5） 点击分析进行结构分析，然后可以显示变形，动画及输出构件内力与节点位移。

操作视频如下：
[B站视频] https://www.bilibili.com/video/BV1GL411w7cL

实例1，不规则框架实例
以下为标准算例：一个不规则框架结构的实例，如下图所示：
其它参数：混凝土弹性模量 Ec=25500MPa，经对比，FRAME-3D与SAP2000的分析是吻合的。

基本操作实例1

 FRAME-3D建模完成图

FRAME-3D节点，构件编号与构件的截面转轴
截面转轴的理解非常重要，与OPENSEES的三维构件定位向量是一样的。

FRAME-3D的计算核心
 

FRAME-3D的后处理（显示节点位移与变形）
FRAME-3D后处理，SHOW TABLE功能，显示构件内力。

以下是SAP2000与FRAME-3D的分析结果对比，两者都是采用基于剪切修正的伯努力梁柱单元。

节点位移对比结果, 构件内力对比结果

实例2，三维网壳结构
实例描述，采用方钢管截面，B400X400X20，所有节点施加荷载为350kN，全部支座为铰支座，对比顶点位移与构件轴力，对比软件为SAP2000。导入DXF文件后，FRAME-3D显示出网架形状，然后指定截面与荷载，支座条件，计算得到结果。网壳可以采用Rhino Grasshopper 进行参数化建模。FRAME-3D与SAP2000的分析是吻合的。
 

AUTOCAD打开DXF文件

 建完模型所得3D效果

 FRAME3D结构变形(顶点竖向位移8.562mm)

 SAP2000结构变形(顶点竖向位移8.562mm)

Frame3D程序可以直接生成OPENSEES的tcl
 

ETE Frame 3D欢迎下载使用。
 

最后补一张照片与动画，表示出我做出这个分析程序带来的快乐！

简化的铁塔侧移动画

====本节完====

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