01 研究背景

本次研究對象木質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種傳統(tǒng)材料其實有著顯著的各向異性。使用木頭制作的交叉層壓板（圖2），即CLT板同樣具有各向異性。CLT板材在兩個主方向上有不同的抗彎剛度和平面穩(wěn)定性，在墻面和地板的建造中都有使用。

圖1 木材的各向異性

圖2 CLT板的結(jié)構(gòu)

木質(zhì)結(jié)構(gòu)在地震的整體表現(xiàn)主要由接觸和離散的連接結(jié)構(gòu)決定。連接結(jié)構(gòu)對壓縮沒有反力，但對拉力或剪力有尖銳的響應(yīng)，并且板與板之間的接觸是單邊的。

圖3 地震對結(jié)構(gòu)的作用方式

02 自動化建模方法

藍(lán)色：墻面

黃色：墻間接觸面

綠色：墻地板接觸面

暗紅：地板面

鮮紅：角支架（只有抗剪剛度的K_T_D_L 彈簧）

黑色：WC/WFC/FC（有抗剪剛度和軸向剛度的K_T_D_L 彈簧）

紫色：拉力構(gòu)件（只有軸向剛度的K_T_D_L 彈簧）

圖5 拉力構(gòu)件的力學(xué)響應(yīng)

圖6 網(wǎng)格

模型一共有449個面（61個CLT板），204個有接觸和摩擦的邊緣，1543個離散元件代表9種連接構(gòu)件，211個板件連接。所有的組和連接區(qū)域都是自動生成的。

03 計算結(jié)果

線性模型

無摩擦接觸

非線性模型

有接觸摩擦，μ=0.2

非線性模型

有接觸摩擦，μ=0.2

低加速度時的兩種建模的差別

（左）直接連接，（右）有接觸和摩擦

（左）時變場驗證，（右） 累計場驗證

04 結(jié)論與展望

檢驗的應(yīng)力場包括：

1. 板子的軸向（壓或拉）力與扭矩結(jié)合產(chǎn)生的板在縱向的應(yīng)力；

2. 垂直于板的剪切力產(chǎn)生的縱向剪切應(yīng)力；

3. 板子的軸向（壓或拉）力與扭矩結(jié)合產(chǎn)生的板在橫向的應(yīng)力；

4. 垂直于板的剪切力產(chǎn)生的橫向剪切應(yīng)力；

5. 平面內(nèi)剪切應(yīng)力取總應(yīng)力和凈扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力的較大者。

最終結(jié)果由真實比例的實驗測試驗證。

基于code_aster 的超強能力，使在考慮摩擦的情況下，用自動化結(jié)構(gòu)建模來設(shè)計復(fù)雜結(jié)構(gòu)得以實現(xiàn)。這些非線性分析結(jié)果顯著優(yōu)于線性分析，結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性在低加速度下也會變化。這些建模方法在未來可以拓展應(yīng)用于其他結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

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