搜索ABAQUS在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用
2017-03-08 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
隨著計算力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、工程管理學(xué)特別是信息技術(shù)飛速發(fā)展,數(shù)值模擬技術(shù)日趨成熟。數(shù)值模擬可以廣泛的應(yīng)用到土木、機械、電子、能源、冶金、國防軍工、航天航空等諸多領(lǐng)域。
有限元法作為工程分析領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一種計算方法,自20世紀(jì)中葉以來,以其獨有的計算優(yōu)勢得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用,已出現(xiàn)了不同的有限元算法,并由此產(chǎn)生了一批非常成熟的通用和專業(yè)有限元商業(yè)軟件。ABAQUS軟件以它的多物理場耦合分析功能成為CAE軟件的應(yīng)用主流,在工程分析應(yīng)用中得到了較為廣泛的應(yīng)用。
結(jié)構(gòu)工程數(shù)值分析對有限元分析軟件有特定的要求,如需擁有能夠真實反應(yīng)土體形狀的本構(gòu)模型、能夠進行有效應(yīng)力和孔壓的計算、可以準(zhǔn)確模擬接觸面性狀等等。ABAQUS軟件在這些方面具有很強的適應(yīng)性。以下簡要介紹以下ABAQUS軟件在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用。
有限元方法的基礎(chǔ)是變分原理和加權(quán)余量法,其基本求解思想是把計算域劃分為有限個互不重疊的單元,在每個單元內(nèi),選擇一些合適的節(jié)點作為求解函數(shù)的插值點,將微分方程中的變量改寫成由各變量或其導(dǎo)數(shù)的節(jié)點值與所選用的插值函數(shù)組成的線性表達式 ,借助于變分原理或加權(quán)余量法,將微分方程離散求解。
有限單元法根據(jù)其未知變量的設(shè)置類型可分為三種方法:
1) 位移法有限元(以單元節(jié)點位移為基本未知量)
2) 力法有限元(以單元節(jié)點力為基本未知量)
3) 混合有限元(部分節(jié)點力和部分節(jié)點位移作為基本未知量)
2.1混凝土靜力分析
2.1.1混凝土坍落度測定
i. 采用線性Drucker-Prager模型進行混凝土坍落模擬分析。
ii. 坍落過程中為有限應(yīng)變和大位移問題,應(yīng)采取相應(yīng)的過程控制措施。
2.1.2單向鋼筋加強的混凝土板分析
i. 應(yīng)用有限單元法,采用彌散開裂模型來模擬混凝土的變形行為,計算中包括了混凝土開裂、拉伸強化所反映的鋼筋和混凝土間的相互作用、鋼筋的屈服。
ii. 準(zhǔn)確模擬能量釋放率和混凝土與鋼筋間的相互作用是模擬分析的主要控制因素。
2.1.3混凝土板崩塌分析
i. 應(yīng)用有限元方法,采用彌散開裂模型和脆性開裂模型可以用于分析加筋混凝土板的有效性。
ii. 結(jié)構(gòu)在響應(yīng)的過程中會出現(xiàn)明顯的非線性,包括隨著混凝土開裂可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定區(qū)域。因此,要加強計算過程控制。
2.1.4高溫環(huán)境下的鋼筋混凝土梁分析
高溫時,鋼材和混凝土因其內(nèi)部物理參數(shù)的變化從而表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能,為了進行高溫下的鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的分析,必須確定出鋼材和混凝土的本構(gòu)模型參數(shù)。
2.1.5現(xiàn)澆薄壁筒樁水平受荷分析
基本假定
1) 樁周圍土體用有限元模擬,用無限元模擬無限邊界。
2) 鋼筋與混凝土采用分離式的模型。
3) 樁體混凝土采用彌散開裂模型,鋼筋采用理想彈塑性模型,近體場采用莫爾-庫倫彈塑性模型,遠(yuǎn)體場采用線彈性模型。
4) 采用有效應(yīng)力分析法,認(rèn)為加載過程中的超靜孔隙壓力有足夠的時間消散,樁土間摩擦系數(shù)不變。
2.2混凝土結(jié)構(gòu)動力分析
1) 主要的動力載荷有:風(fēng)載荷、地震載荷、沖擊載荷等。
2) 通過有限元程序可以求解混凝土結(jié)構(gòu)自身固有的特性,如固有頻率和振型。
3) 通過有限元程序可以實現(xiàn)關(guān)于混凝土應(yīng)力、應(yīng)變、損傷等的計算。
4) 對于大型的建筑物,網(wǎng)格劃分是一個很重要的環(huán)節(jié),因此可以配合使用專業(yè)的網(wǎng)格劃分軟件,如ANSA等,可以取得較好的模擬效果。
5) 有限元程序一般提供子程序的應(yīng)用,如要得到更多分析數(shù)據(jù),可以編寫子程序進行計算。
2.3橋梁結(jié)構(gòu)分析
1) 用有限元方法求解橋梁靜力問題和動力學(xué)問題,可為橋梁設(shè)計提供依據(jù)。比如說,橋梁在移動載荷作用下的動力反應(yīng);橋梁在風(fēng)載荷和地震載荷作用下的動力反應(yīng)。
2) 選擇適當(dāng)?shù)慕佑|模擬和邊界條件,是問題求解的關(guān)鍵。
2.4多場耦合作用分析
1) 正如前所述,有限單元法可以用來求解多場耦合的問題,例如流固耦合,溫度-應(yīng)力場耦合等。這些在土木工程的問題的求解過程中都可以得到應(yīng)用。
2) 多場耦合分析的應(yīng)用可以使求解更接近于物理問題的真實解。
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