abaqus抗震建模
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-02-27
abaqus抗震建模的視頻教程
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abaqus抗震建模的實(shí)例教程
計(jì)算任務(wù)的描述：墻體尺寸為1400mm×160mm×2800mm，兩側(cè)有200mm×160mm×2800mm的后澆暗柱，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度為43.1 Mpa，混凝土密度2400kg/m4，混凝土彈性模量為3.15x104 Mpa.泊松比0.2。暗柱設(shè)有4根直徑為16mm的HRB335縱向鋼筋和間距為150mm的直徑為8mm的HPB300型號的箍筋，墻體橫向和豎向設(shè)間距為200mm，直徑為8mm的HPB300鋼筋。密度7.85g/cm'，鋼筋的彈性模量為2x105MPa，泊松比0.2。
仿真計(jì)算采用的設(shè)備基本情況：
CPU：Inter(R) Core(TM) i3-4005U雙核、內(nèi)存：4GB
計(jì)算模型的處理技術(shù)：水平荷載往復(fù)施加，采用力位移混合控制加載，前五級為荷載控制加載，分別為50kN、100KN、150kN、200kN、300kN，每級荷載循環(huán)一次；其后為位移控制加載，其位移大小分別為8mm、16mm、24mm、32mm、40mm、50mm、60mm，其中16mm、24mm、32mm、40mm，共十一次循環(huán)。所有荷載共十六次循環(huán)。
方法計(jì)算的機(jī)時耗費(fèi)情況：計(jì)算結(jié)果提交后花費(fèi)了一個多小時。
仿真計(jì)算的結(jié)果分析：剪力墻下端混凝土兩側(cè)發(fā)生膨脹變形，鋼筋屈服，混凝土出現(xiàn)裂縫，且主要出現(xiàn)在墻角兩側(cè)，隨著加載的位移增大，混凝土的裂縫逐漸發(fā)展到上端，最后墻角混凝土發(fā)生損壞。
展開 鄒馳宇
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摘 要：常規(guī)抗震計(jì)算方法繪制高架橋反應(yīng)譜時，各質(zhì)點(diǎn)輸入地震波不一致，導(dǎo)致地震響應(yīng)計(jì)算值與實(shí)測值偏差較大。針對這一問題，對板式橡膠支座高架橋抗震計(jì)算方法進(jìn)行研究。根據(jù)高架橋材料特性和幾何形狀，建立有限元模型，采用一致地震輸入方式，輸入最大值地震動給模型質(zhì)點(diǎn)，計(jì)算質(zhì)點(diǎn)自振周期內(nèi)的反應(yīng)值，獲取反應(yīng)時程數(shù)據(jù)、時程分析反應(yīng)譜曲線，計(jì)算順橋向和橫橋向的地震響應(yīng)，包括墩頂位移、加速度、墩底剪力和墩底彎矩，檢驗(yàn)響應(yīng)值是否滿足抗震要求。選取京滬高速橋梁工程進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，采用三組計(jì)算方法分別在E1地震波作用下，計(jì)算墩頂加速度和位移的地震響應(yīng)，結(jié)果表明:該板式橡膠支座高架橋抗震計(jì)算方法相比常規(guī)方法，降低了最大響應(yīng)、響應(yīng)波動、響應(yīng)變化率的計(jì)算偏差，地震響應(yīng)計(jì)算值更貼合實(shí)測值，充分保證了抗震檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
關(guān)鍵詞：高架橋;板式橡膠支座;抗震計(jì)算;地震響應(yīng);有限元模型;時程數(shù)據(jù);反應(yīng)譜;
板式橡膠支座高架橋在梁橋中應(yīng)用廣泛，計(jì)算其抗震性能，保證地震中的橋梁安全，具有重要意義。文獻(xiàn)[1]隨機(jī)變化地震強(qiáng)度和時間，參照地質(zhì)構(gòu)造、地震動參數(shù)等因素，對地震動進(jìn)行輸入，結(jié)合橋梁質(zhì)量和剛度的分布形式，數(shù)值模擬橋梁地震反應(yīng)，但該方法橋梁自振的定義周期，與地震動周期不相符，導(dǎo)致地震響應(yīng)計(jì)算值偏差較大[1]。文獻(xiàn)[2]根據(jù)橋梁的地震響應(yīng)復(fù)雜程度，將橋梁劃分為規(guī)則和不規(guī)則，規(guī)則橋梁采用一階振型控制，非規(guī)則橋梁則采用時程分析法，計(jì)算橋梁地震反應(yīng)，反映出響應(yīng)數(shù)值的時程變化規(guī)律，但該方法未對橋梁的彈性階段和塑性階段進(jìn)行區(qū)分，地震響應(yīng)計(jì)算偏差同樣較大[2]。針對這一問題，結(jié)合以上理論，提出板式橡膠支座高架橋抗震計(jì)算方法，避免地震作用下，支座高架橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。
展開 原型結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算由PKPM V3.1設(shè)計(jì)軟件完成，模型設(shè)計(jì)過程滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)相關(guān)要求?？蚣苤孛娉叽缇?50mm×550mm，框架梁截面尺寸均取500mm×300mm，樓板厚度均取135mm。樓面恒載取5.0kN/m2，活載取2.0 kN/m2；屋面恒載取7.0 kN/m2，活載取0.5 kN/m2；梁上線荷載取16.0 kN/m。計(jì)算時所有構(gòu)件均采用C30級混凝土，梁、板、柱受力縱筋均采用HRB400級鋼筋，梁、柱箍筋均采用HPB300級鋼筋。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度取7度(0.15g)，地震分組為第一組，場地類別為II類，框架抗震等級為三級。原型結(jié)構(gòu)梁與柱配筋結(jié)果見表1。
圖1 節(jié)點(diǎn)取型和節(jié)點(diǎn)樣式
考慮到后期試驗(yàn)場地與試驗(yàn)儀器的限制，模擬時按試驗(yàn)設(shè)計(jì)試件，將原型梁-柱子結(jié)構(gòu)進(jìn)行2/3縮尺，得到試驗(yàn)試件尺寸，試件配筋按照等配筋率進(jìn)行縮尺設(shè)計(jì)。本試驗(yàn)各試件柱截面尺寸均為350mm×350mm，梁截面尺寸均為350mm×200mm，其中裝配整體式構(gòu)件預(yù)制梁截面為300mm×200mm，梁現(xiàn)澆層高80mm。模擬試件梁、柱配筋結(jié)果見表1。
表1 原型和縮尺后節(jié)點(diǎn)配筋
圖2 模擬節(jié)點(diǎn)試件尺寸
本次模擬采用共設(shè)計(jì)三種類型節(jié)點(diǎn)：平面節(jié)點(diǎn)PM(梁縱筋取14mm、16mm、18mm、20mm、22mm）直徑)、空間節(jié)點(diǎn)KJ(梁縱筋取14mm、16mm、18mm、20mm、22mm）、空間帶樓板節(jié)點(diǎn)KJS(梁縱筋取14mm、16mm、18mm、20mm、22mm）總共15個節(jié)點(diǎn)，以研究不同梁柱抗彎剛度比下的三種節(jié)點(diǎn)抗震性能。
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其中，陸上風(fēng)機(jī)一般采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨栓作為塔筒-基礎(chǔ)間連接件的方式以滿足整體結(jié)構(gòu)承載安全要求，本內(nèi)容包含該風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在ABAQUS中的建模方法、主要鋼筋的建模方法及混凝土CDP本構(gòu)等的內(nèi)容。
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本案例闡述了針對任意形狀三維部件實(shí)施Voronoi晶格結(jié)構(gòu)劃分并導(dǎo)入ABAQUS的完整流程。
三維模型需在AutoCAD中構(gòu)建，并借助CAD三維模型Voronoi劃分插件完成晶格劃分。
劃分后的晶粒結(jié)構(gòu)應(yīng)導(dǎo)出為IGES格式文件，并以部件形式導(dǎo)入ABAQUS，進(jìn)而構(gòu)建裝配體。
通過ABAQUS三維晶體塑性有限元建模，深入揭示柱狀晶微觀結(jié)構(gòu)（如晶粒尺寸、取向）與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)，為鑄造、焊接工藝優(yōu)化提供關(guān)鍵理論依據(jù)，顯著提升材料可靠性與使用壽命。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維晶體結(jié)構(gòu)有限元模型。
柱狀晶體模型采用CAD Voronoi V2.1插件建模，首先建立二維Voronoi模型，并在CAD內(nèi)通過拉伸命令形成三維柱狀晶體
在ABAQUS有限元軟件中構(gòu)建地層地質(zhì)分層幾何模型，對巖土工程分析具有重要研究價值。該模型能精確表征不同地質(zhì)層的幾何形態(tài)、材料屬性及空間分布，為地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評估、地震動力響應(yīng)模擬及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測提供可靠數(shù)值依據(jù)。通過高精度有限元分析，可顯著降低現(xiàn)場試驗(yàn)成本，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)參數(shù)，提升施工安全性和經(jīng)濟(jì)性。
本案例中的地質(zhì)分層模型通過CAD隨機(jī)粗糙度表面插件參數(shù)化隨機(jī)生成
ABAQUS三維多面體骨料密堆積建模通過重力堆積算法構(gòu)建混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)隨機(jī)分布模型與實(shí)際骨料沉降行為的偏差，更精準(zhǔn)反映骨料在混凝土中的分布特征，可實(shí)現(xiàn)高骨料占比下的力學(xué)響應(yīng)模擬，為混凝土損傷機(jī)理研究、材料參數(shù)標(biāo)定及多尺度耦合分析提供可靠依據(jù)。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維混凝土多面體骨料重力密堆積模型。
混凝土細(xì)觀骨料堆積模型采用
以前做材料本構(gòu)和細(xì)觀建模的時候，第一個攔路虎就是建模。尤其是機(jī)織編織類的材料，需要搞懂一系列織造參數(shù)，才可能完成三維模型創(chuàng)建。這還不算完，搞完模型還要繼續(xù)弄網(wǎng)格，一旦需要研究幾何參數(shù)變化規(guī)律，上述的過程又得整一遍。
即便后面我已經(jīng)很熟練了，這個過程仍然需要花費(fèi)很多時間。那個時候我就在想，以后要是能自己搞一個參數(shù)化建模工具就好了。
后來做項(xiàng)目多了，發(fā)現(xiàn)不僅是細(xì)觀結(jié)構(gòu)
前文我們介紹了基于“厚度”推進(jìn)策略生成網(wǎng)格，并自動定義鋪層、材料的層合板建模算法。
為了提高展示度，同時也是方便給別人使用。我們可以開發(fā)一個界面，并封裝成一個軟件。
作為一個小的案例，同樣采用MATLAB實(shí)現(xiàn)。
很多人都用過MATLAB的GUI模塊，然而這個東西適合做一些小的工具，稍微復(fù)雜一點(diǎn)的功能，就完全無法開展。
GUI模塊
一個最簡單的例子
ABAQUS二維隨機(jī)多孔結(jié)構(gòu)建模，可有效表征孔隙隨機(jī)分布與連通特性，結(jié)合有限元方法精確模擬在復(fù)雜載荷下的力學(xué)響應(yīng)與損傷演化過程，或進(jìn)行孔隙區(qū)域內(nèi)的流體模擬滲流分析。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立隨機(jī)分布的多孔結(jié)構(gòu)二維模型。
多孔結(jié)構(gòu)模型采用單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件參數(shù)化生成，模型為png格式的圖片文件。
ABAQUS二維隨機(jī)多邊形骨料及界面過渡區(qū)（ITZ）的混凝土細(xì)觀建模研究，可有效揭示混凝土內(nèi)部多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)機(jī)理。該模型能夠真實(shí)反映骨料隨機(jī)分布特征及ITZ對裂縫萌生與擴(kuò)展的影響，為準(zhǔn)確模擬混凝土損傷演化過程、預(yù)測宏觀力學(xué)性能提供理論基礎(chǔ)，對提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與安全性具有重要意義。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立多邊形骨料、界面過渡區(qū)（ITZ）、水泥砂漿基體多相材料混凝土細(xì)觀有限元模型。
