导致结构失稳破坏的原因是薄膜应力，也就是轴向力或面内力。所以在壳体结构、细长柱等结构体系中具有发生失稳破坏的因素和可能性。这也就是为什么在网壳结构的设计过程中稳定性分析如此被重视的原因。

下面根据本人多年来的研究及工程计算经验，谈谈个人对整体稳定性分析的一点看法，也算做一个小结。

1稳定性分析的层次

在对某个结构进行稳定性分析，实际上应该包括两个层次。（一）是单根构件的稳定性分析。比如一根柱子、网壳结构的一根杆件、一个格构柱（桅杆）等。单根构件的稳定通常可以根据规范提供的公式进行设计。不过对于由多根构件组成的格构柱等子结构，还是需要做试验及有限元分析。（二）是整个结构的稳定分析。比如整个网壳结构、混凝土壳结构等结构整体的稳定性分析。整体稳定性分析目前只能根据有限元计算来实现。

2整体稳定性分析的内容 

通常，稳定性分析包括两个部分：Buckling分析和非线性“荷载-位移”全过程跟踪分析。

（1）Buckling分析

Buckling分析是一种理论解，是从纯理论的角度衡量一个理想结构的稳定承载力及对应的失稳模态。目前几乎所有的有限元软件都可以实现这个功能。Buckling分析不需要复杂的计算过程，所以比较省时省力，可以在理论上对结构的稳定承载力进行初期的预测。但是由于Buckling分析得到的是非保守结果，偏于不安全，所以一般不能直接应用于实际工程。

但是Buckling又是整体稳定性分析中不可缺少的一步，因为一方面Buckling可以初步预测结构的稳定承载力，为后期非线性稳定分析施加的荷载提供依据；另一方面Buckling分析可以得到结构的屈曲模态，为后期非线性稳定分析提供结构初始几何缺陷分布。

另外本人认为通过Buckling分析还可以进一步校核单根构件截面设计的合理性。通过Buckling分析得到的屈曲模态，我们可以看出结构可能发生的失稳破坏是整体屈曲还是局部屈曲。如果是局部屈曲，那么为什么会发生局部屈曲？局部屈曲的荷载因子是否可以接受？是否是由于局部杆件截面设计不合理所导致？这些问题希望能引起大家的注意。

（2）非线性稳定分析

前文已经讲过，Buckling分析是一种理论解。但是由于加工误差、安装误差、温度应力、焊接应力等因素的存在，现实中的结构多少都会存在一些初始缺陷，其稳定承载力与理论解肯定存在一定的差别。另外，由于Buckling分析是线性的，所以它不可以考虑构件的材料非线性，所以如果在发生屈曲之前部分构件进入塑性状态，那么Buckling也是无法模拟的。所以必须利用非线性有限元理论对结构进行考虑初始几何缺陷、材料弹塑性等实际因素的稳定性分析。

目前应用较多的是利用弧长法对结构进行“荷载-位移”全过程跟踪技术，来达到计算结构整体稳定承载力的目的。

由于弧长法属于一种非线性求解方法，而且在非线性稳定分析中通常需要考虑几何非线性、材料非线性及弹塑性，所以通常需要求助于通用有限元软件。比如ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、ADINA等。而设计软件，比如PKPM、SAP2000、MIDAS等通常不具备这种功能，或者具备功能而比较难得到满意的结果。

在这些通用有限元软件中，可以较好的计算结构的屈曲前、屈曲后性能。通常通过“荷载-位移”曲线来判断计算结果的合理性及结构的极限稳定承载力。通过有限元软件不但可以较好的对结构进行非线性稳定分析，同时还可以考虑初始几何缺陷、材料非线性、材料弹塑性等问题。基本上可以实现对结构的真实模拟分析。

3整体稳定性分析的关键问题

结构的整体稳定性分析是很长时间以来一直备受关注的课题，而且在今后很长一段时间内仍将是热门研究对象。这是因为结构整体稳定承载力的影响因素很多，比如初始几何缺陷、焊接应力、材料非线性、荷载形式等。所以很多问题需要大家深入考虑：

（1）结构是否存在稳定性问题。我觉得这非常重要，因为通常情况下只要用户给一个模型，软件都会算出一个稳定系数。但是实际上结构不一定存在失稳问题，可能很显然地是属于强度破坏问题。所以，前期的判断很重要，不要把时间和精力浪费在没有意义的事情上。

（2）结构的非线性。在整体稳定性分析中可能涉及三种非线性，分别为几何非线性、材料非线性、边界非线性。其中几何非线性是必须要考虑的；如果要真实的考虑结构的材料行为还必须考虑材料的非线性问题，也就是材料的应力-应变关系。对于一些特殊问题，比如结构某些支承点有可滑动能力，那么还必须考虑边界非线性，这样的话问题就更为复杂。

（3）初始几何缺陷。由于加工制造、施工安装、运输等原因，实际结构与最初的计算模型肯定有一些差别。所以在计算时通常对计算模型施加一定的初始几何缺陷，来考虑几何误差对结构稳定承载力产生的影响。实际工程中几何缺陷的分布与大小应该是与加工厂家、施工单位有关的，应该一种“已知”的“随机分布”。之所以说是已知的，是因为实际上某一个固定单位的加工、施工误差肯定存在一定的规律，只是我们没有去深入研究它。比如一个固定机器的制作误差是可以通过大量测试数据来分析的。而它又是“随机分布”的，因为对于整个大结构而言，每个节点的几何误差应该是有一定随机分布的特征。

不过，在国内的做法是“一致模态法”，就是按照Buckling分析的第一阶屈曲模态来进行初始几何缺陷的施加，而最大缺陷大小则按照《网壳技术规程》规定的数值（原来是跨度的1/300，不知新规范是否有更改）。这种方法在理论上是一种保守方法，因为按照第一阶屈曲模态施加的初始几何缺陷是最不利的。但是原规范规定的最大缺陷值（L/300）一直存在争议，因为在现有技术条件下有时候偏大很多。

希望国内的制造、施工单位能对自己公司的产品进行统计分析，为更好地预测结构的初始几何缺陷提供技术支持。

（4）材料的弹塑性。Buckling是一种线弹性分析方法，它预测结构稳定承载力的前提是假定结构处于线弹性状态。但是把使用荷载的几倍、十几倍甚至几十倍施加于结构上，很可能部分构件已经进入了塑性。所以，最佳方法是在进行非线性稳定分析过程中考虑材料的弹塑性行为，否则可能会得到非保守的结果。

（5）稳定系数的控制。计算得到结构的整体稳定荷载系数后，问题便集中在荷载系数K的控制上。按照《网壳结构技术规程》给出的建议值，K取5.0。但是在实际应用中发现很多工程是算不到5.0的。这有两方面的问题，一是计算采用的荷载是什么？设计中我们有很多荷载组合（一般采用标准组合），不同的荷载组合计算得到的K肯定是不同的，所以可能采用某些组合是可以满足要求的，而另外一些则不满足要求；二是5.0的限值或许有点大。因为通常5.0的荷载作用下结构部分构件已经进入了塑性，也意味着结构可能已经发生了强度破坏，所以稳定系数已经失去意义。

（6）对计算结果的判断。在一些资料和论文上经常看到“荷载-位移”曲线为一段上升的曲线，但是曲线又处于明显的上升阶段。所以通过曲线让人无法判断计算结果是否达到了结构的稳定承载力。其实目前有限元的计算方法是对模型施加一定的荷载，然后让软件去算，到计算不收敛时，即认为荷载加到了结构的稳定承载力。但是存在这样一个问题：模型达到稳定承载力是不收敛的，但是并不是结构不收敛都是因为达到了结构的稳定承载力。也可能是由于数值不收敛、用户计算参数设置有问题等等原因。所以对计算结果进行合理的判断非常重要。不要算出一条曲线就说是达到了结构的稳定承载力，是不科学的。最好的结果是能够算出下降段，可以明显地找到最大荷载因子。不过，有时候很困难，需要用户掌握较深的非线性分析理论及具备较多的计算经验。

提取结果时均提取同一个节点的Z向位移，计算结果见下图：

由上图可以看出，两个软件的数值大小和曲线走势吻合的较好，ANSYS的结果比ABAQUS稍大，但可以认为在误差数量级以内。总体上讲，这两个计算结果都不错，基本上反映出结构的屈曲过程，“荷载-位移”曲线比较完整。

其实ANSYS的曲线是结算结果的完整曲线，曲线的终点也就是计算发散位置；而ABAQUS那条曲线只是计算结果的一部分，后面还很长一段被我去掉了，因为觉得没什么意义。

最大荷载系数时结构的变形见下图：

由上图可以看出，最大荷载系数时两个软件计算得到的变形相同。

下面可以对两个软件做一个小结：

（1）       利用弧长法都可以进行结构的非线性稳定分析，计算得到的最大荷载因子、荷载-位移曲线、最大荷载对应的变形图基本相同；

（2）       ABAQUS计算速度更快，十几分钟即可结束战斗，而且可以得到整个屈曲过程的荷载-位移曲线（甚至觉得曲线太长了）；而ANSYS需要几个小时（注:可能与我的设置有关，请勿被误导）。

（3）       ABAQUS比较容易收敛，而且较容易得到完整的“荷载-位移”曲线；而ANSYS通常很难得到屈曲后的过程，除非反复调整参数，但随之带来的问题是较长的计算时间。

（4）       大型、复杂的结构在ABAQUS中建模比较困难，即使是利用其它手段也会导致调整比较麻烦的问题，而ANSYS前处理则可以较好的实现模型调整的功能，后处理也非常方便。

（5）       其实，两个软件算非线性稳定都很OK。主要是看用户自己哪个用的比较顺手。

那么我们就把问题集中在这两种单元上吧。

回头比较一下BEAM189和B32的计算结果：

ANSYS BEAM189分析结果

	E1	E2	E3	E4	E5
N1	6.10	6.36	7.12	7.44	8.05
N2	6.07	6.33	7.08	7.40	7.98
N3	6.07	6.33	7.08	7.39	7.98
N4	6.07	6.33	7.08	7.39	7.97

ABAQUS B32单元分析结果

	E1	E2	E3	E4	E5
N1	5.99	6.25	6.96	7.26	7.88
N2	5.96	6.22	6.91	7.21	7.80
N3	5.96	6.22	6.91	7.21	7.80
N4	5.96	6.22	6.91	7.21	7.80

 好像比较奇怪，所有B32的计算结果都比BEAM189的小。虽然相差不大，但是哪个结果更准确呢？这估计就要追溯软件的内核了，有空再进行研究。

其实，现在的软件内核都是有限元，可能每家的求解方法稍有不同，但是其本质基本上是一样的。就拿Buckling分析来说吧，选择哪个软件应该都没有问题，只要采用合适的单元类型，保证足够的单元剖分数量，计算结果应该几乎相同，其误差在工程上是完全可以接受的。

ANSYS的三个梁单元和ABAQUS中三个梁单元刚好一一对应，以后大家用起来可以相互作为参考，其对应关系为：

Ø         BEAM44 ←→B33：Euler-Bernoulli梁，两节点

Ø         BEAM188←→B31：Timoshenko梁，线性积分，两节点

Ø         BEAM189←→B32：Timoshenko梁，二次积分，三节点

ABAQUS B31分析结果

	E1	E2	E3	E4	E5
N1	6.22	6.49	7.26	7.58	8.24
N2	6.02	6.28	7.00	7.30	7.49
N3	5.99	6.25	6.95	7.25	7.85
N4	5.97	6.23	6.93	7.23	7.83
N5	5.97	6.23	6.92	7.23	7.82

备注：表格中N1、N2分别代表每根构件采用1、2个单元；E1、E2代表第1、2阶屈曲荷载因子；

ABAQUS B32单元分析结果

	E1	E2	E3	E4	E5
N1	5.99	6.25	6.96	7.26	7.88
N2	5.96	6.22	6.91	7.21	7.80
N3	5.96	6.22	6.91	7.21	7.80
N4	5.96	6.22	6.91	7.21	7.80

ABAQUS B33单元分析结果

	E1	E2	E3	E4	E5
N1	6.04	6.32	6.85	7.15	7.90
N2	5.99	6.25	6.92	7.22	7.85
N3	5.98	6.24	6.93	7.23	7.84
N4	5.98	6.24	6.93	7.24	7.84

在理论上，ABAQUS的B31相当于ANSYS的BEAM188，都是一次积分单元；而B32和ANSYS的BEAM189相似，都是二次积分梁单元；B33相当于ANSYS的BEAM44单元，都是Euler-Bernoulli梁。所以从上面表格中可以看出，它们的计算结果数据特征也较为相似。

（1）       B31对单元剖分的密度要求较高，每根构件采用3个B31单元时，其计算结果才与采用1个B32单元时的相同；而且从计算结果的稳定性来看，选用B31单元时，其单元剖分数量应在3以上；

（2）       B32是三节点单元，所以计算精度较高。从分析结果来看，在进行Buckling分析时，每根构件采用1个B32已经满足工程精度要求；

（3）       B33介于B31和B32之间，更接近与B32；分两段已经足够精确。

（4）       建议在Buckling分析中采用B32单元。

下面给出B31和B32单元计算得到的屈曲模态（每行从左到右分别为第1、2、3阶）：

B31单元计算结果

B32单元计算结果

B33单元计算结果

从振型图可以看出，不同单元类型、不同单元剖分数量条件下计算得到的屈曲模态是相同的，虽然屈曲荷载因子有所不同。

算例描述：

为了能体现出一般性，我故意找了一个比较大的结构。这是一个单层网壳结构，最大尺寸在90m左右，杆件长度在1.13m-3.63m之间，截面形式为箱型截面；构件布置见下图。荷载任意挑选一个标准组合(具体是哪个不记得，只是验证软件单元特征，没有关系)。

在ANSYS软件中分别采用BEAM44、BEAM188和BEAM189进行计算。分析结果见下文。

ANSYS BEAM44分析结果

	E1	E2	E3	E4	E5
N1	6.10	6.36	7.11	7.43	8.03
N2	6.08	6.34	7.08	7.40	7.99
N3	6.08	6.34	7.08	7.40	7.98
N4	6.08	6.34	7.08	7.39	7.98

备注：表格中N1、N2分别代表每根构件采用1、2个单元；E1、E2代表第1、2阶屈曲荷载因子；

ANSYS BEAM188分析结果

	E1	E2	E3	E4	E5
N1	6.81	7.09	8.15	8.61	9.35
N2	6.25	6.52	7.34	7.69	8.34
N3	6.15	6.42	7.19	7.53	8.14
N4	6.12	6.38	7.14	7.47	8.07
N5	6.10	6.36	7.12	7.44	8.04
N6	6.09	6.35	7.10	7.43	8.02
N7	6.09	6.35	7.10	7.42	8.01
N8	6.08	6.34	7.09	7.41	8.00
N9	6.08	6.34	7.09	7.41	7.99
N10	6.08	6.34	7.09	7.40	7.99

ANSYS BEAM189分析结果

	E1	E2	E3	E4	E5
N1	6.10	6.36	7.12	7.44	8.05
N2	6.07	6.33	7.08	7.40	7.98
N3	6.07	6.33	7.08	7.39	7.98
N4	6.07	6.33	7.08	7.39	7.97

由表格可以看出，利用ANSYS软件进行Buckling分析时，不同BEAM单元类型对单元剖分数量的要求。

（1）       BEAM44和BEAM189对单元的剖分数量要求较低，每根构件采用1个单元和采用2、3、4个单元时计算结果相差不大，在工程上这种误差应该是可以接受的。

（2）       BEAM188单元对单元剖分数量的要求要高一些，从结果来看，每根杆件采用5个BEAM188单元计算结果才与采用1个BEAM44或BEAM189单元计算结果相同。

（3）       在利用ANSYS进行Buckling分析时，以选用BEAM44与BEAM189单元为佳。

（4）       选用BEAM44单元时，虽然每根杆件采用1个单元和多个单元计算结果相差不大，但是本人还是建议每根杆件选用2至3个单元。理论上对于每根构件而言，在设计时已经保证了其稳定性，但是我们也可以在整体稳定性分析过程中进一步对其进行校核。如果采用1个单元，就达不到这个效果。

（5）       理论上能选择189单元是最好不过啦，不过考虑其是3节点单元，有时候从其它软件数据转过来时可能会有点不方便。

（6）       考虑到后期进行非线性稳定计算，由于BEAM44单元不能考虑材料非线性，在前后延续上还是采用BEAM189比较好，而且3节点单元在单元剖分数量上要求也较低。

下面给出每种单元计算得到的屈曲模态（每行从左到右分别为第1、2、3阶）：

 BEAM44单元计算结果

 BEAM188单元计算结果

BEAM189单元计算结果

从振型图可以看出，不同单元类型、不同单元剖分数量条件下计算得到的屈曲模态是相同的，虽然屈曲荷载因子有所不同。

在ANSYS中，单元的生死功能被称为单元非线性，是指一些单元在状态改变时表现出的刚度突变行为。

1单元生死的原理：

在ANSYS中，单元的生死功能是通过修改单元刚度的方式实现的。为了达到让单元死掉的效果，ANSYS程序并不是真正去掉“死”的单元，二是通过给单元刚度乘以一个很小的系数，此系数系统默认为1.0E-6，而且可以通过ESTIF进行修改。在荷载向量中，与被杀死单元相联系的单元荷载也被设置为0，当然其质量、阻尼等一切对计算有影响的参数都会被设置为0。而且，当单元死掉时，其应变也被设置为零，所以在后处理中，所有被杀死的单元其内力都为零，即使是被设置初始应变的单元也是如此。

与之相似，当单元“活”的时候，也是通过修改刚度系数的方式实现的。所以，被激活的单元在建模时就必须建立，否则无法实现杀死与激活。当单元被重新激活时，它的刚度、质量与荷载等参数被返回到真实状态。当大变形效应打开时（NLGEOM,ON），为了与当前的节点位置相适应，单元被激活后，其形状会被改变（拉长或压短）。当不使用大变形效应时，单元将在原始位置被激活。

2单元生死求解过程：

Ø         建模，对将要进行杀死或激活的单元进行分组。这点非常重要，将会影响后续工作的效率。

Ø         定义第一个荷载步。在第一个荷载步中，必须选择分析类型和适当的分析选项。通常情况下，应该打开大应变效应，而且当要使用单元死活行为时，必须在第一个荷载步中明确设置Newton-Raphson选项。

Ø         其余荷载步。在接下来的荷载步中，可以按照设计好的流程，将单元杀死或激活。

Ø         查看结果。与常规计算类似。

3使用生死单元的注意事项：

Ø         约束方程不能施加在死的自由度上；

Ø         程序默认的单元刚度系数不一定适用，可根据实际问题进行调整；

Ø         在非线性分析中，注意不要让单元的死活导致奇异点的出现，这样会导致不收敛；

Ø         打开自适应Newton-Raphson选择通常会得到更好的结果；

Ø         可以通过计算结果来判断单元是否应该被杀死和激活，比如轴力、应变等；

Ø         当有单元死活行为时，LSWRITE不能使用；

4用到的命令：

EKILL, ELEM：杀死单元，ELEM可以是ALL（所有已选单元）、P（点取）、单元组名；

EALIVE, ELEM：激活单元，ELEM可以是ALL（所有已选单元）、P（点取）、单元组名；

ESTIF, KMULT：设置单元刚度系数，默认为1.0E-6。

5算例：

1计算模型DB文件（fish_01.rar）；

2求解命令流：

TIME,1

NLGEOM,ON

NROPT,FULL

SSTIF,ON

SAVE

SOLVE

*DO,I,2,12,1

TIME,I

EKILL,H%I-1%

SAVE

SOLVE

*ENDDO

1截面方向的定义

以下面一个平面图为例，左边一个柱子截面方位是默认设置，截面的主方向和Y轴平行；右边一个柱子的截面主方向和Y轴有一个角度α，这个角度叫做欧拉角。这种情况即说明构件截面主方向和默认情况有一定的区别。

2设置截面方向的重要性

以下图作为例子，所有柱子都采用同一种工字型截面，通常情况下柱子截面的布置方式可以采用软件的默认设置，如下图中除“特别柱”以外的情况。但是对于“特别柱”，我们设计的布置方式可能是如下图中所示。这就需要用户手动设置，否则软件无法知道其特别性。在受力校核的时候软件也不会知道其截面的主次方向。

上图的例子比较简单，大家都知道怎样处理。我们再看下面一个例子。这是一个自由曲面网壳结构中的一部分，由图可以看到，每个杆件的截面方向都不一样。这种情况下合理的设置构件截面主方向就显得非常重要。

如果截面方向设置不对、甚至被忽略，则往往计算得到的构件主方向最大弯矩会比实际情况偏小。这会得到非保守的结果，在实际工程中是不允许的。

      3一些投机取巧的严重性

有时候大家会碰到矩形、箱型截面的构件其截面主方向刚好与软件默认情况差个90度。很多人会采用一种投机取巧的办法，把截面主次方向的数据对换，从而“避免”了设置结构的主方向。比如原来是300×500的矩形截面，可以按照500×300的形式输入。通常情况下这样做不是不可以，特别是在有些软件输出构件内力按照整体坐标系格式输出的情况下，用户根本看不出有什么不对之处。但是仔细研究以下可以发现，这样做有时候是很危险的，虽然看起来截面的设置方向是对的，但是软件内部却认为截面方向还是默认情况。在构件校核时，如果截面主次方向的长细比不同，则会出现计算错误的情况。

特别是圆管截面，绝大多数情况大家都不在意其截面主方向。但是某些情况下仍会出现由于截面主方向设置不对导致错误的计算结果。

另外，有些软件在截面主次方向的积分点数量是不同的，如果通过投机取巧的办法可能导致计算结果精度不够。下图是ABAQUS中平面BEAM单元箱型截面的积分点分布，由图可以看到当1轴作为主方向时精度比较高，而2轴作为主方向的时候精度就比较差。这在弹塑性分析中尤为重要。

       4计算软件中设置截面方向的方法

在目前常用的几个软件中，设置截面主方向的方法有两种，第一种方法是输入欧拉角；比如SAP2000和MIDAS采用的是这种方法。第二种方法是输入方向点。比如ANSYS和ABAQUS采用了这种方法。不过ANSYS和ABAQUS输入的方向点还不大一样，ANSYS输入的点在截面主轴上，而ABAQUS则是在截面次轴上。所以对不同软件要好好研究一下其使用说明，搞清楚后再使用。（www.cuijiachun.com）

近些年，随着电脑的飞速发展，有限元软件的开发也是日新月异。特别是随着人们对结构分析的精确性和高端性的追求，越来越多的国内外有限元软件被结构工程师所采用。

大致整理了一下，目前国内建筑结构领域使用的计算软件有：PKPM、3D3S、MTS、MST、同济启明星、ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D 、MIDAS、STAAD PRO、ROBOT 、EASY、FORTEN、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA等。

其中PKPM、3D3S、MTS、MST、同济启明星属于国内开发的软件，目前使用的也比较普遍，效果也不错；ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D 、MIDAS、STAAD PRO、ROBOT 、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA是国外引进的软件，目前在国内使用的也是十分普遍，而且因为一些国人有崇洋媚外的习惯，所以相对来讲国外软件使用的更多，认可度也更高，当然，老外软件的质量起到了关键的作用。

那么这么多软件在实际使用中怎么选择呢？其实，每个软件都有其独到之处，针对计算工程的不同特点，可以选择不同的分析软件，有时候可以起到事半功倍的效果。下面就谈一下自己的一点拙见：

（1）在国内PKPM可以将是葵花宝典级别的。对于多高层结构特别好用，其最大的优点，也是大家所依赖的就是可以很快的配筋并出图。现在也可以实现一些空间结构的建模与分析，但是使用起来还是有些不方便。早期人们一直都是用PKPM行遍天下，只是后来随着ETABS等国外软件进来后才有人开始对其有些微词。因为很多人觉得PKPM算起来有问题，比如不同版本算的结果区别啦、不规则结构建模不方便啦等等。但是只要是做设计的，没有人能离开PKPM的。

（2）3D3S不知道如何给它定位。这是同济大学张其林老师开发的，可以计算的结构体系有：轻钢、厂房、多高层结构、空间钢结构、索膜结构等，可以进行中国规范校核。真是神通广大啊，不过，每个模块都是单独卖的。个人看来，在国内软件中3D3S算是比较成功的了，至少在商业化方面走到比较靠前。

（3）MST是浙江大学罗尧治开发的，专门用于网架和网壳结构的分析与计算，算是一个专业小软件。不过在空间结构领域可以使用以下，特别是可以用它来建模，比自己画方便多了。

（4）MTS是同济大学李国强老师开发的，可以认为是针对多高层建筑结构开发的。在国内也有一定的用户，不过早期听说使用不是很方便，不知道现在改进的如何了。据介绍，这个软件可以很好的考虑阻尼器的计算，由于没有使用过，所以不是很了解。

（5）同济启明星是同济大学编制的一个软件，用于深基坑、桩基础、边坡稳定、天然地基等，方向是向地下发展的。很不错，用起来挺方便的，而且目前类似的软件不多。

以上是国内软件的简单介绍，下面对老外的软件进行一下梳理：

（6）ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D等CSI系列是加州大学Berkeley分校的Wilson教授开发的。其中ETABS是针对多高层建筑结构开发的。ETABS对国内的软件行业起到了里程碑式的作用。ETABS的出现让人们看到在计算中我们原来可以做到更多。也是ETABS让人们对结构分析提出了更高的要求，比如弹塑性分析等。目前ETABS可以做到多高层结构的快速建模、静动力分析、静力弹塑性分析、中国规范校核等。几乎涵盖了结构工程师的所有要求。SAP2000则专注与空间结构，比如网壳类、桁架类、不规则结构等，一句话，开发者希望不能用ETABS实现的就可以SAP2000来实现。和ETABS一样，SAP2000对中国建筑结构领域软件的冲击也很大，因为在SAP2000进入中国的时候业内没有类似可以进行空间结构建模与分析的软件。在当时SAP2000算是填补了一个空白。现在SAP2000更新了很多版本（目前是12.0），增加了很多功能，比如中国规范校核等。SAFE是专门进行楼板计算的，没用过，好像必要性不是很强。PERFORM-3D是刚推出的一套软件，专注于动力弹塑性分析，采用了大家比较期待的纤维模型，不过听说实际操作不是很方便，本人没用过，不能下结论。

（7）MIDAS是韩国的一套结构设计软件，是业内的后起之秀。可以进行多高层及空间结构的建模与分析，也可以进行中国规范校核。其实，MIDAS进来的很晚，记得05、06年MIDAS用户还不是很多，但是近几年他们在销售上花了很多心思，记得07年一套才卖3万多块，可以讲是中国的市场他们是势在必得。现在MIDAS的用户已经非常多了，而且软件的更新也很快。是一套很不错的软件。

（8）STAAD PRO和ROBOT可能大家不是很熟悉，不过确实是国内也在用的两套设计软件， 比如上海的南站铁路是使用ROBOT计算的；STAAD的应用可能更多一些，而且有中文版。这两款软件都是可以进行任何结构体系计算的，像SAP2000和MIDAS一样，可以进行多高层和空间结构的计算与分析，STAAD带有中国规范，听说ROBOT也在做，不知道现在有没有做好。

（9）EASY、FORTEN是两款索膜结构计算软件。其中，EASY采用的是力密度法， FORTEN采用的是非线性有限元法。EASY在中国用到比较多，比如上海世博轴索膜结构是用这个软件计算的，不错觉得界面开发的确实不敢恭维；个人认为FORTEN的界面做得不错，近似通用有限元的界面模式，出图很漂亮。不过这两款软件在国内D版比较少，目前我还没有找到过。

（10）ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA属于通用有限元软件，与设计软件不同的是，通用软件在结构计算上功能更强大，而且往往提供二次开发平台，对于高级用户而言具有更大的发挥空间。其中

Ø         ANSYS应该是在业内拥有最多用户的一款了，它不但拥有比较丰富的单元库，而且提供了APDL编程平台，使用户可以很好的进行复杂工程计算，这也是参数化建模与分析的平台。目前业内使用ANSYS计算的内容包括：多高层结构、空间结构、索膜结构、玻璃结构等等；特殊问题有节点分析、动力弹塑性分析等等。一个字，ANSYS太强大了，不过，ANSYS对于剪力墙的弹塑性分析方面还有一些不足。

Ø         NASTRAN是航空上的一款软件,需要借PATRAN作为前处理，但是近几年在业内也有人使用，这款软件厉害了，单元丰富、功能强大，想想看，美国飞机专用软件，算我们建筑结构还不是小菜一碟？

Ø         MARC和NASTRAN一样，都属于MSC系列的，它是一款功能齐全的高级非线性有限元软件，具有极强的结构分析能力。在高校科研工作中用的较多。近几年随着弹塑性分析的需求，很多工程是用这个软件计算的。

Ø         ABAQUS和LS-DYNA是两款比较特殊的软件，它们的计算方法为显式计算。我们常用的有限元软件一般都是隐式计算方法，就是解方程[K][U]=[P]。而显式计算则是使用时间积分的方法。显示积分在动力计算中几乎不存在不收敛的问题，所以在动力弹塑性分析中使用的较多，目前这是国内进行动力弹塑性分析中使用最多的两款软件。不过，关于显式计算在我们建筑结构的动力分析中是否适用一直存在着争议。本人ABAQUS用比较多，所以对其还算比较熟悉。像ABAQUS其最大的强项在于实体分析和壳单元分析，而杆单元的分析则不是其优势所在。所以，在我们建筑结构计算中需要用户开发一些简单的接口程序，把其他软件建立的模型导入到ABAQUS中，否则在ABAQUS中建立建筑的三维模型会累死人的，不过它的后处理还比较方便。ABAQUS的非线性功能很强大，如此强大的非线性功能，用在建筑结构领域简直太浪费了！LS-DYNA是ANSYS系列的，据说可以把计算模型直接从ANSYS中转换过去。其动力弹塑性功能和ABAQUS差不多，这些功能都可以轻松满足我们建筑结构领域的需求。

前面对一些常用软件做了简单的介绍，了解其基本情况后作选择就比较简单了：

（1）       对于多高层结构的设计优先选择PKPM、ETABS和MTS；另外也可以选择SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和ROBOT、3D3S；如果是计算分析，随便选一个通用有限元软件即可，强烈推荐ANSYS。

（2）       对于空间结构的设计优先选择SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和ROBOT；纯计算分析强烈推荐ANSYS、MIDAS、SAP2000和NASTRAN；

（3）       对于索膜结构可以选择ANSYS、EASY、FORTEN、3D3S。鉴于EASY、FORTEN一定要用正版，所以还是用ANSYS和3D3S比较现实。

（4）       对于动力弹塑性分析建议采用ABAQUS和LS-DYNA；另外也可以选用ETABS（多高层）、SAP2000、MIDAS（最近推出Building专门做动力弹塑性）。

（5）       节点细部分析，建议采用ANSYS、ABSQUS；也可以选用NASTRAN和MARC。

另外，对于一些特殊结构，考虑到可能会使用到简单的二次开发，所以还是建议大家选用ANSYS、ABAQUS等带有编程语言的通用软件。

以上是本人的一点拙见，可能不全面也。对初学者算是抛砖引玉吧！

有不对之处希望大家提出不同意见，相互交流。（www.cuijiachun.com）

问题描述：

在利用shell63单元进行内力分析后，在后处理里面是可以输出弯矩的，分别有MX、MY、MZ三个分量。但是在输出界面上有时候会觉得数据分布不是很合理，与想象的不大一样。在一个小题目中也遇到这个问题，不过一直没有把问题搞清楚。恰巧这次都市院的朋友问到这个问题，所以就花点时间做了一个考题。为以后遇到这个问题的朋友做点参考。

算例：

如图所示两块一样的板，利用shell63单元剖分20*20的单元。右边一个板方向是规则的XY方向，坐标一块板式斜45度方向。同样是一边固定约束，一边节点施加0.1KN的集中力。如图。

计算所得弯矩如下：

由计算结果可以看出，右边板的弯矩数据分布均匀，而且趋势与我们想象的概念一致。但是左边板的数据较乱，没有规则的趋势。

MX弯矩图

MY弯矩图

在上面模型的基础上，把左边板左右节点的局部坐标设置为与板形状相适应的垂直方式，见图。（没设置之前所有节点的局部坐标系都是与整体坐标系相同）

计算结果：有图可以看出，计算结果弯矩分布于数据较为合理，趋势与直观理解相同。而且，通过MX与MY的数据还可以看出ansys中MX、MY的定义符合右手法则。

MX弯矩图

MY弯矩图

在模型二的计算结果中，把输出方式改为整体坐标系，则图形又和第一个模型相同。所以，ansys中shell63单元默认弯矩输出是以整体坐标系输出的。而且，这样输出的弯矩不能作为配筋的数据。

MX弯矩图

MY弯矩图

其实，shell63单元弯矩输出是输出在节点上的，所以每个shell单元在边线上都有两个数据。所有节点的数据加起来才是真正的弯矩，才可以作为配筋用的数据。

顺便提一下，ANSYS帮助文件里关于弯矩的示意图是有点问题的，不符合右手法则。见下图：

在实际操作过程中，施加预应力的方式可归纳为三种，分别为：降温法、初始应变法和施加初始轴力法。

在现有的几个常用软件中，施加预应力的方式也不大一样，比如MIDAS是通过施加初始轴力来实现的，当然用户也可以采用降温法来实现；sap2000可以输入初始应变，也可以通过降温法来实现；而ansys则是以输入初始应变的方法来实现预应力，当然也可以通过降温法。不过，在使用中大家会觉得这三家软件各有其特点，对于施加预应力的方式有其固定的方式，比如在使用MIDAS时，一般采用初始轴力法；SAP2000则是降温法；而ansys则主要是初始应变法。因为每个软件都有其更为方便的操作方式。

很多人经常议论这三种施加预应力的方式，甚至比较三种施加方式的优劣和正确性，其实，这是因为没有去追究基本理论的缘故，下面我们来看看这三种施加方式的基本原理。无论是采用哪种方式，最初的预应力是要进入刚度矩阵的，而进入刚度矩阵的变量是位移和应变，那么我们就以应变作为基本的变量，这样比较容易作对比：

（1）以初始应变的方式施加预应力。输入的数据可以直接进入刚度矩阵装配的过程，不需要过多的处理；

（2）以降温的方法施加预应力。ξ=ΔΤ×α，其中ξ是应变，ΔΤ是温差，α是热膨胀系数。也就是说降温法经过一次计算与初始应变法走到了一条路上。

（3）初始轴力法。F=σ×A；σ=E×ξ其中，σ为应力，A为截面积，E为弹性模量，也就是说初始轴力经两次变换与初始应变走到一条路上。

由此可以看出，实际上这三种方法最后都是要走到同一条路上才能实现预应力的施加和模拟的。也就是说它们的原理实际上是一样的。所以，没有哪种方法好的问题。

不过，对于操作者来说，不同的施加方法，方便程度倒是有一些区别，比如初始轴力法就比较直观，不用用户去计算得到温差或初始应变；而降温法和初始应变法则需要用户在施加之前做一些简单的计算，然后才能输入进软件。

本人的一点个人见解，希望对各位有用。也希望提出不同意见相互交流。