问题描述:
在 SAP2000
中选用高级求解器时,用户可以输出包含结构整体的刚度矩阵和质量矩阵的文本文件。请问,该文本文件的格式是怎样的?如何用 MATLAB 将其还原为矩阵形式呢?
解答:
采用高级求解器输出结构整体的刚度矩阵和质量矩阵,该功能仅支持单一的线性静力工况、模态工况或屈曲工况。如需输出非线性工况的刚度和质量矩阵,用户可以通过“定义继承非线性工况刚度的线性静力工况”的方法来实现。
刚度矩阵和质量矩阵以文本文件的形式输出,用户可以在记事本、写字板或其它文本编辑器中打开并查看。SAP2000 共输出五个与当前模型文件同名的文本文件,但文件后缀名各不相同。各个文件包含的具体内容如下所述:
第一,TXA
文件包含节点数量和方程数量。其中,节点包括常规节点和节点约束的内部主节点,方程包括激活方程和约束方程。同时,该文件也包含针对其它四个文件的格式和内容的描述性信息。注意,每个节点的每一个自由度(U1,U2,U3,R1,R2,R3)都对应一个方程编号,详见 TXE 文件。该方程编号的具体含义如下:
> 0 :激活自由度,范围 1~N(激活方程的数量)。
= 0 :空自由度或支座限制的自由度
< 0 :约束自由度,范围 -1~-Nc(约束方程的数量)。
第二,TXE
文件包含每个节点的每一个自由度对应的方程编号。如上所述,激活自由度的方程编号为正值,代表刚度和质量矩阵的组成部分;约束自由度的方程编号为负值,代表其值为激活自由度的线性组合;空自由度或支座限制的自由度的方程编号为零。
第三,TXC
文件包含每一个约束方程的各个组成部分,即:激活自由度的方程编号及其系数。注意,只有用户在当前模型中已指定节点约束,SAP2000 才会输出该文件。
第四,TXK
文件包含对称刚度矩阵的下三角矩阵
第五,TXM
文件包含对称质量矩阵的下三角矩阵
最后需要强调的是,上述除 TXA 文件之外的其余四个文件的第一行均为以“Note:”开头的标题行,用于表明后续每行数据的具体含义。同时,文件中的全部数据行均采用 TAB 间隔,以便在文本编辑器中打开或导入 Excel 表格。
TXK 文件中的刚度矩阵数据和 TXM 文件中的质量矩阵数据均为对称矩阵的下三角部分,第一列为行标号,第二列为列标号,第三列为刚度系数或集中质量。 如果用户试图借助 MATLAB 还原完整的刚度矩阵或质量矩阵,可以尝试定义 N x N
的矩阵,然后根据刚度系数或集中质量的行号和列号“对号入座”,最后根据对称性定义上三角矩阵。