结构工程仿真技术
结构工程仿真技术06
石家庄铁道大学研究生课程《结构工程仿真技术》讲稿--王新敏
2.3 施加自由度约束-DL
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!EX4.2 对线施加约束并转换
finish$/clear$/prep7
et,1,95$blc4,,,10,10,10
!定义单元类型、创建长方体
删除关键点集中荷载
转换
FTRAN SBCTRAN
将几何模型上的集中荷 载传到有限元模型上 将几何模型上的所有边 界条件传到有限元模型
仅仅转换集中荷载 转换自由度约束和荷载
石家庄铁道大学研究生课程《结构工程仿真技术》讲稿--王新敏
3.1 施加集中荷载-F
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施加节点集中荷载 命令：F,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC NODE---节点编号，也可为ALL或元件名。 Lab---集中荷载标识符，如FX,FY,FZ,MX,MY,MZ其中任一。 VALUE---集中荷载值或表式边界条件的表格名称。 VALUE2---集中荷载值的第二个数，
约束转换命令
仅转换约束自由度命令：DTRAN 边界条件和荷载转换命令：SBCTRAN
这两命令将几何模型施加的约束和荷载转换到有限元模 型上。也可不执行这两个命令而在求解时由系统自动转换。
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2.5 施加自由度约束冲突
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当施加在各种图素上的自由度约束发生冲突时： ★DK命令改写DL命令，DL命令改写DA命令。 ★施加在较大编号图素上的约束改写较低编号上的。
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2.3 施加自由度约束-DL
仿真分析技术在建筑工程设计中的应用
仿真分析技术在建筑工程设计中的应用随着科技的不断发展，建筑工程在设计、施工和维护方面都有了很大的突破。
其中，仿真分析技术就是目前应用较为广泛的一种。
这一技术可以帮助建筑师和设计师更好的预测建筑物的细节和性能，减少成本和风险。
本文将探讨仿真分析技术的概念、种类以及在建筑工程设计中的实际应用，同时对于未来的发展和趋势进行分析和展望。
一、仿真分析技术概念仿真分析技术是一种基于数学方法的计算机模拟技术，能够以图形和数据的形式来呈现出建筑物的各种性能和特征。
这种技术能够对建筑物进行各种细致的分析和计算，并可输出各种方案的模拟结果，以便设计师和建筑师在实际建造前，进行预测和优化，减少投资风险，节约时间和成本。
二、仿真分析技术种类针对建筑工程的各个方面，仿真分析技术也涵盖了很多领域。
以下是几种典型的仿真分析技术：1. 结构力学仿真：该种技术能够对建筑物的结构进行详细的分析和计算，以了解建筑物的承载能力、刚度、变形等重要特征，并可以考虑其在不同工况下的能够承受的力量，以减少建筑物结构的风险。
2. 暖通空调仿真：该种技术主要是模拟出空气流动和温度分布的变化，以便室内环境更加舒适和健康，并考虑建筑物材料的性质和隔热效果等因素。
3. 照明仿真：该技术主要是选出合适的灯具种类和位置，以及照明效果与建筑内部的环境协调性，达到节能和环保的效果。
三、仿真分析技术在建筑工程设计中的具体应用在实际的建筑工程设计中，仿真分析技术的应用非常广泛。
以下是一些实际案例：1. 建筑物结构设计：通过结构力学仿真技术，设计师可以有效地预判承载能力和各种性能的优化以及避免结构的致命缺陷。
在实际建造中，设计师也可以通过模拟实际施工过程，有效地控制其成本和时间，减少损失。
2. 空调暖通设计：根据室内外气温、流量、速度等参数敏感度、温度分布等数据，模拟仿真出建筑物内部空气的流动而导致的自然通风，使得室内空气更加清新？3. 照明设计: 照明仿真技术能够帮助评估设计方案的照明效果，并预测设计的效果，辅助进行优化和调整，达到更优外观、更好的能效比。
基于有限元方法的工程结构模拟仿真技术研究
基于有限元方法的工程结构模拟仿真技术研究近年来，随着科技的不断发展，计算机辅助技术在各个领域得到广泛应用，其中基于有限元方法的工程结构模拟仿真技术也愈发受到重视。
本文将从有限元方法的概念、模拟仿真技术的基本步骤和在工程结构领域的应用等方面进行论述。
一、有限元方法的概念有限元方法是一种基于离散化的数值计算方法。
它将复杂结构分割成多个微小的单元，将微分或积分求解问题转换为求解一系列代数方程组的问题，从而得到数值解。
有限元方法的核心思想是“微元假设”，即在大范围内假定某个物理量（如位移、应变等）在微元内具有一定的分布规律，并得到一系列微分方程。
然后将所有微元的各个方程组合在一起，就可以得到整个物体的数学模型。
二、模拟仿真技术的基本步骤在进行基于有限元方法的工程结构模拟仿真之前，需要先了解模拟仿真技术的基本步骤。
一般来说，工程结构模拟仿真技术的基本步骤包括以下几点：1、确定仿真对象：首先需要确定待仿真对象，如建筑物、桥梁、汽车、飞机等。
2、进行建模：将待仿真对象建立成一个几何结构模型。
3、确定模拟参数：需要根据实际情况确定仿真参数，包括材料特性、载荷、边界条件等。
4、选择计算方法：根据需要选择相应的计算方法，如有限元法、有限差分法、边界元法等。
5、进行仿真计算：输入所选取的计算方法，进行仿真计算。
6、结果分析：对仿真结果进行分析、验证和优化，以达到理想的设计目标。
三、基于有限元方法的工程结构模拟仿真技术在工程结构领域的应用基于有限元方法的工程结构模拟仿真技术广泛应用于工程领域中的许多领域，比如航空航天、汽车制造、建筑工程和水利电力等。
1、航空航天领域：在航空航天领域中，基于有限元方法的工程结构模拟仿真技术可以有效地预测航空器的结构应力、变形和模态特性等，提高飞行器的安全可靠性。
2、汽车制造领域：在汽车制造领域中，基于有限元方法的工程结构模拟仿真技术可以模拟汽车的碰撞、车身结构，从而确保汽车的安全性和稳定性。
3D建模中的建筑混凝土结构仿真模拟方法
3D建模中的建筑混凝土结构仿真模拟方法建筑混凝土结构仿真模拟方法在3D建模中的应用随着科技的不断发展，建筑行业也在迅速进步，3D建模技术成为现代建筑设计与工程施工中不可或缺的一部分。
建筑混凝土结构仿真模拟方法是一种应用于3D建模中的技术，它能够准确模拟建筑物的混凝土结构，在设计和施工过程中发挥重要作用。
建筑混凝土结构仿真模拟方法能够通过建模软件将真实世界中的建筑结构转化为虚拟模型，以便于分析和优化设计方案。
以下将介绍几种常用的建筑混凝土结构仿真模拟方法。
首先是有限元分析方法。
有限元分析是一种基于力学原理和数值计算方法的工程分析方法，能够对复杂的结构进行力学性能以及变形特征的分析。
在3D建模中，有限元分析可以用来模拟建筑结构的静力和动力行为，例如承受重力和风荷载时的变形程度和应力分布等。
通过有限元分析，工程师可以更好地理解建筑结构的性能，有针对性地进行优化设计和改进。
其次是计算流体力学方法。
计算流体力学方法是一种研究流体运动和相关现象的数值模拟方法。
在建筑混凝土结构仿真模拟中，计算流体力学可以用来模拟建筑结构在遭受风压和地震等外力作用下的流体流动过程。
通过计算流体力学方法，可以预测结构内部的温度分布、废气排放以及热通量等，从而为建筑结构的设计和改进提供科学依据。
而再次是多物理场耦合方法。
多物理场耦合方法是将不同的物理现象进行相互作用模拟的一种模拟方法。
在3D建模中的建筑混凝土结构仿真中，多物理场耦合方法可以将结构相对于热、力和流体的行为进行耦合分析，模拟建筑结构不同物理场的交互作用。
这种方法能更真实地预测不同外部力的影响，从而为工程师在建筑结构设计中提供准确的参考数据。
此外，建筑混凝土结构仿真模拟方法还包括优化算法和虚拟现实技术等。
优化算法可以用来优化建筑结构的设计方案，通过调整建筑结构的尺寸和材料，最大限度地提高结构的性能。
虚拟现实技术能够将建筑混凝土结构从计算机中实时可视化，并与用户进行交互，对建筑结构在3D环境中进行模拟和测试，提供更直观的设计效果。
CAE结构仿真分析及技术培训
CAE结构仿真分析及技术培训CAE（计算机辅助工程）结构仿真分析是一种通过计算机模拟和计算来预测和评估结构行为的技术。
随着计算机技术的不断进步和发展，CAE结构仿真分析在工程领域中得到了广泛的应用。
它能够帮助工程师快速准确地评估和优化产品设计、优化材料和工艺选用，提高产品的性能和质量，缩短产品研发周期和开发成本。
CAE结构仿真分析主要包括有限元分析（FEA）、计算流体力学分析（CFD）、多体系统动力学分析（MBD）等。
其中，有限元分析是最常用的一种技术，它通过将结构离散为有限数量的有限元单元来近似连续结构，利用数学方程求解方法对结构进行模拟和计算。
有限元分析可以用来预测结构的强度、刚度、振动响应、疲劳寿命等性能，帮助设计师评估和改善产品设计。
CAE结构仿真分析的优势在于可以全面、详细地观察和分析结构的应力、应变、变形等行为，比传统的试验方法更加灵活、高效、经济。
同时，CAE还可以进行多种不同工况的模拟和比较分析，帮助设计师进行全面的优化，提供更合理的设计方案。
对于工程师来说，掌握和运用CAE结构仿真分析技术是非常重要的。
因此，进行CAE结构仿真分析技术培训是必要的。
在培训中，首先需要学习计算力学、结构力学的基础知识，了解有限元分析的基本原理和方法。
然后，学习和熟悉常用的CAE软件，掌握软件的使用和操作技巧。
在培训中最好能有一些实际案例和工程应用，通过实践来提高学员的能力和技巧。
在CAE结构仿真分析技术培训中，可以设置以下几个主要内容：1.理论知识教学：包括计算力学、结构力学的基本原理和方程，有限元分析的基本概念和方法等。
2.软件操作培训：介绍常用的CAE软件，如ANSYS、ABAQUS等，讲解软件的功能和特点，讲解软件的界面和操作方法，以及如何建立结构模型、设置边界条件、求解和分析结果等。
3.实例分析：通过一些实际工程案例的仿真分析，让学员了解和熟悉实际工程中的问题和解决方法，通过实践来提高分析能力和技巧。
钢结构框架的建模与仿真技术
钢结构框架的建模与仿真技术随着建筑工程的不断发展，钢结构框架已经成为现代建筑中的重要组成部分。
钢结构具有优良的抗震性能、可持续发展性以及施工速度快等优势，因此在高层建筑、大跨度建筑以及特殊用途建筑中得到了广泛应用。
在钢结构框架的设计和施工过程中，建模与仿真技术发挥着重要的作用，能够提高工程的质量和效益。
本文将详细介绍钢结构框架的建模与仿真技术，分析其应用场景以及未来发展趋势。
一、建模技术建模是钢结构框架设计的重要环节，通过建模可以准确地表示和描述结构的各个组成部分，为工程的分析和设计提供依据。
钢结构框架的建模技术包括几何建模和力学建模两个方面。
1. 几何建模几何建模是指在计算机系统中对钢结构框架进行图形化表示的过程。
在几何建模中，常用的方法有手工建模和软件辅助建模。
手工建模是根据设计图纸和规范要求进行手工绘制，适用于简单结构和小规模项目。
软件辅助建模则利用计算机软件进行自动化建模，能够更准确、更高效地完成建模过程。
目前常用的几何建模软件有AutoCAD、Revit 等。
2. 力学建模力学建模是指利用物理学原理对钢结构框架进行建模和分析的过程。
钢结构框架的力学建模可以采用两种方法，即离散模型和连续模型。
离散模型是将结构离散成多个节点，通过节点之间的连接关系和受力关系来描述整个结构的力学行为。
连续模型则是将结构看作连续的弹性体，通过有限元方法对结构进行离散求解。
力学建模要考虑结构的受力性能、破坏机理以及变形特性等因素，能够对不同工况下的结构进行分析和设计。
二、仿真技术仿真技术是对钢结构框架进行虚拟试验和性能评估的过程，可以模拟结构在不同工况下的力学行为和响应。
通过仿真技术，可以预测结构的安全性、可靠性和稳定性，为结构设计和施工提供科学依据。
1. 静力仿真静力仿真是针对结构在静态荷载作用下的力学行为进行模拟和分析。
通过静力仿真，可以计算结构的内力、应力、变形等参数，并判断结构的安全性。
静力仿真可以采用有限元方法进行求解，也可以通过手算方法进行近似计算。
结构仿真要点总结
结构仿真要点总结1. 简介结构仿真是指通过计算机模拟和分析结构的工作状态和性能，以验证结构设计的合理性和可靠性。
它是现代结构工程中不可或缺的一项技术。
本文将总结结构仿真中的要点，包括建模、加载、分析和结果评估等方面的内容。
2. 建模要点在进行结构仿真之前，首先需要建立准确的结构模型。
以下是一些建模的要点：2.1 几何建模•使用准确的CAD软件创建结构的几何模型，确保模型的几何形状和尺寸与实际结构一致。
•选择合适的坐标系，设置几何约束和边界条件，以保证模型的稳定性和合理性。
2.2 材料特性•根据实际结构的材料属性，选择合适的材料参数，包括弹性模量、泊松比、密度等。
•注意不同材料之间的接触条件和摩擦系数，确保模型的真实性和准确性。
2.3 网格划分•选择合适的网格划分算法和网格密度，确保在保持精度的同时提高计算效率。
•对于复杂几何形状，采用自动网格划分工具，保证网格质量和一致性。
3. 加载要点在进行结构仿真时，需要施加适当的加载，以模拟实际工作状态。
以下是一些加载的要点：3.1 边界条件•根据实际情况，确定结构仿真的边界条件，如固定支撑点、自由度约束等。
•需要特别注意边界条件的合理性和准确性，以保证仿真结果的可信度。
3.2 外部加载•根据实际工作环境和工况，施加适当的外部加载，如重力载荷、温度载荷、压力载荷等。
•在施加外部加载时，需要分析力的大小、方向和作用范围，保证仿真结果的真实性和可靠性。
4. 分析要点在进行结构仿真后，需要对仿真结果进行分析和评估。
以下是一些分析的要点：4.1 应力与变形分析•分析结构的应力和变形分布情况，以评估结构的强度和刚度。
•确定关键部位的应力和变形情况，以优化结构设计和改进结构性能。
4.2 模态分析•进行结构的模态分析，确定结构的固有频率和振型。
•通过模态分析，可以评估结构的动态响应特性，以及结构与外部激励的耦合效应。
5. 结果评估根据分析的结果，评估结构的性能和可靠性。
钢结构与混凝土结构的数字化建模与虚拟仿真
钢结构与混凝土结构的数字化建模与虚拟仿真在建筑领域中，数字化建模与虚拟仿真已经成为了一种重要的工具和技术。
特别是在钢结构和混凝土结构的设计和施工方面，数字化建模和虚拟仿真的应用不仅可以提高效率，还可以确保工程的质量和安全。
本文将探讨钢结构和混凝土结构的数字化建模与虚拟仿真技术，并介绍其在实际工程中的应用。
一、数字化建模技术在钢结构中的应用钢结构是一种主要由钢材构成的建筑结构，其优势包括重量轻、施工周期短等。
数字化建模技术在钢结构中的应用可以提高设计的精度和效率，减少错误和重复工作。
首先，建筑师可以使用专业的软件工具来创建三维建模，包括结构的每个细节和零件。
其次，通过数字化建模可以进行结构的强度分析和性能模拟，以确保结构的安全性和可靠性。
最后，数字化建模还可以实现与其他工程专业的协同设计，提高整体效率。
二、数字化建模技术在混凝土结构中的应用混凝土结构是一种主要由混凝土材料构成的建筑结构，其优势包括抗压强度高、耐久性好等。
数字化建模技术在混凝土结构中的应用可以提高施工过程的可控性和效率。
首先，建筑师可以使用数字化建模软件来创建混凝土结构的三维模型，包括布置钢筋、确定构件尺寸等。
其次，通过数字化建模可以进行混凝土的流动分析和温度应力分析，以指导施工过程和减少质量问题。
最后，数字化建模还可用于预测混凝土结构的性能和寿命，从而提前采取维修和加固措施。
三、虚拟仿真技术在钢结构和混凝土结构中的应用虚拟仿真技术是利用计算机模拟真实物理过程的技术，可以对钢结构和混凝土结构进行可视化分析和优化设计。
首先，虚拟仿真可以帮助设计者更直观地了解结构的行为和性能，发现潜在的问题，并进行改进。
其次，虚拟仿真可以模拟结构在不同荷载条件下的响应，包括变形、内力等，以评估结构的强度和刚度。
最后，虚拟仿真还可以进行结构施工的模拟和优化，提高工程的可行性和经济性。
总结起来，数字化建模与虚拟仿真技术在钢结构和混凝土结构中的应用给建筑领域带来了革命性的变化。
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2.1 获得静力解
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特别注意几个问题：
⑴必须激活预应力效应。
命令PSTRES设为ON便可考虑预应力效应。
⑵由屈曲分析所得到的特征值是屈曲荷载系数，而屈 曲荷载等于该系数乘以所施加的荷载。若施加单位荷 载，则该屈曲荷载系数就是屈曲荷载；若施加了多种 不同类型的荷载，则将所有荷载按该系数缩放即为屈 曲荷载。
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★结构弹性稳定分析=第一类稳定问题
ANSYS特征值屈曲分析（Buckling Analysis）。
★第二类稳定问题
ANSYS结构静力非线性分析，无论前屈曲平衡状态 或后屈曲平衡状态均可一次求得，即“全过程分析”。
这里介绍ANSYS特征值屈曲分析的相关技术。在本 章中如无特殊说明，单独使用的“屈曲分析”均指 “特征值屈曲分析”。
正常求解：屈曲荷载=屈曲荷载系数×（恒载＋活载）
实际要求：屈曲荷载=1.0×（恒载＋K×活载）
实现方法是通过调整所施加的活载大小（放大K 倍），然后进行屈曲分析，如果所求得的屈曲荷载系 数不等于1.0，则继续修改K值重新分析，直到屈曲荷 载系数为1.0为止。K的初值通常可采用第一次的屈曲 荷载系数，然后调整3～4次即可达到要求。 ⑸静力求解完成后，退出求解层。
⑶非零约束。如同静力分析一样，可以施加非零约束。 同样以屈曲荷载系数对非零约束进行缩放得到屈曲荷 载。
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2.1 获得静力解
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⑷恒载和活载共同作用。分析中常常需要求解在恒载 作用下活载的屈曲荷载，而不是“恒载＋活载”的屈 曲荷载，这就需要保证在特征值求解时恒载应力刚度 不被缩放。
★第二类失稳：结构失稳时，平衡状态不发生质变，也称极值 点失稳。结构失稳时相应的荷载称为极限荷载或压溃荷载。
●跳跃失稳：当荷载达到某值时，结构平衡状态发生一明显的 跳跃，突然过渡到非邻近的另一具有较大位移的平衡状态。 可归入第二类失稳。
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第10讲 结构弹性稳定分析
i 和 i ，即屈曲荷载系数和屈曲模态，而屈曲荷
载为 i P0
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2 特征值屈曲分析的步骤
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①创建模型 (同前) ②获得静力解 ③获得特征值屈曲解 ④查看结果
特征值屈曲分析注意： ⑴ 仅考虑线性行为。若定义了非线性单元将按线性单元处
上式也是几何非线性分析的平衡方程。
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1 特征值屈曲分析基础
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写成特征值方程为：
K E iK G 0 i 0
式中： i 为第i阶特征值；
i 为对应的特征向量，是相应该阶屈曲荷载时
结构的变形形状，即屈曲模态或失稳模态。 在ANSYS的特征值屈曲分析中，其结果给出的是
第10讲 结构弹性稳定分析
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结构失稳或结构屈曲: 当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的
增量，则结构的平衡位形将发生很大的改变，这种现 象叫做结构失稳或结构屈曲。 结构稳定问题一般分为两类:
★第一类失稳：又称平衡分岔失稳、分枝点失稳、特征值屈曲 分析。结构失稳时相应的荷载可称为屈曲荷载、临界荷载、 压屈荷载或平衡分枝荷载。
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2.2 获得特征值屈曲解
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该过程需要静力分析中得到的.EMAT和.ESAV文件，且数据库 中包含有模型数据，以备需要时恢复。如下步骤：
⑴ 进入求解层
命令格式：/solu ⑵ 定义分析类型
命令格式：ANTYPE,BUCKLE或ANTYPE,1 (在特征值屈曲分析中，重启动分析无效)。 ⑶ 定义求解控制选项
⑷ 定义模态扩展数目 命令格式：MXPAND,NMODE,FREQB,FREQE,Elcalc,SIGNIF
若想观察屈曲模态形状，应定义模态扩展数目，也可在提取 特征值后再次进入求解层单独进行模态扩展分析。 ⑸ 定义荷载步输出选项 命令格式：OUTRES,Item,FREQ,Cname 命令格式：OUTPR,Item,FREQ,Cname
前者定义向数据库及结果文件中写入的数据，而后者定义向 文件中写入的数据。 ⑹ 求解 命令格式：SOLVE
求解过程的输出主要有特征值（屈曲荷载系数）、屈曲模态形 状、相对应力分布等。 ⑺ 退出求解层 命令格式：FINISH
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石家庄铁道大学研究生课程《结构工程仿真技术》讲稿--王新态，考虑到轴向力或中面内力对弯 曲变形的影响，根据势能驻值原理得到结构的平衡 方程为：
式中：KE 结构的弹性刚度矩阵
KG 结构的几何刚度矩阵，也称为初应力刚度矩阵
U 节点位移向量
P 节点荷载向量。
理。刚度计算基于初始状态（静力分析后的刚度），并在 后续计算中保持不变。 ⑵ 必须定义材料的弹性模量或某种形式的刚度。 ⑶ 单元网格密度对屈曲荷载系数影响很大。采用结构自然节 点划分时（一个构件仅划分一个单元）可能产生100%的 误差，与形成单元应力刚度矩阵有关。经验表明，仅关注 第1阶屈曲模态及其屈曲荷载系数时，每个自然杆应不少于 3个单元。
命令格式：BUCOPT,Method,NMODE,SHIFT,LDMULTE 用此命令定义特征值提取方法、拟提取的特征值个数、特
征值计算的起始点等参数。一般情况下建议采用LANB（分块 兰索斯法）、特征值数目为1。
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2.2 获得特征值屈曲解
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⑴ 列表显示所有屈曲荷载系数 命令格式：SET,LIST
SET栏对应的数据为模态数阶次，TIME/FREQ栏对应的数 据为该阶模态的特征值，即屈曲荷载系数。荷载步均为1，但每 个模态都为一个子步，以便结果处理。
⑵ 定义查看模态阶次 命令格式：SET,1,SBSTEP
⑶ 显示该阶屈曲模态形状 命令格式：PLDISP