混凝土結構有限元分析的案例
鋼筋混凝土結構有限元分析單元類型和分析模型 附混凝土結構有限元分析下載
通常鋼筋混凝土結構有限元分析單元分為兩個層次：桿系單元和實體單元。前者著重分析單元力（包括力和彎矩）與位移（包括位移和轉(zhuǎn)角）之間的關系，而后者著重分析單元的應力—應變關系。單元類型的選取應兼顧計算規(guī)模、材料模型的精度等多方面的因素。對于全結構規(guī)模較大，可將結構離散成桿系單元進行分析。對于復雜區(qū)域（梁柱節(jié)點）或重要的構件等可將桿系結構體系計算的力和位移施加到實體單元模型上，分析局部應力和應變。在結構分析中應盡可能多地采用三維實體單元模型，力求最大程度的真實模擬實際結構構件。
1.鋼筋混凝土結構有限元分析中的模型
鋼筋混凝土結構不同于一般均質(zhì)材料，它是由鋼筋和混凝土兩種材料構成的，一般鋼筋是被包圍在混凝土之中，而且相對體積較少，因此建立結構有限元模型需考慮這些特性。構成鋼筋混凝土結構的有限元模型主要有以下三類：
1.1 分離式模型
分離式模型把混凝土和鋼筋作為不同的單元來處理，即混凝土和鋼筋各自被劃分為足夠小的單元。考慮到鋼筋是一種細長材料，通常可忽略其橫向抗剪強度。這樣，可以將鋼筋作為線形單元處理（如ANSYS中的link8單元）。混凝土可采用四面體單元等實體單元（如ANSYS中的solid65單元）。在該模型中，鋼筋和混凝土之間可以插入聯(lián)結單元來模擬鋼筋和混凝土之間的粘結和滑移，若鋼筋和混凝土之間的粘結很好，不會有相對滑移，則可視為剛性聯(lián)結，可以不考慮聯(lián)結單元問題。眾所周知，鋼筋混凝土是存在裂縫的(否則鋼筋難以發(fā)揮作用)，而開裂必然導致鋼筋和混凝土變形不協(xié)調(diào)，也就是說必然存在粘結失效和滑移的產(chǎn)生，因此這種模型被廣泛的應用。單元剛度矩陣的推導與一般有限元相同。
1.2 組合式模型
組合式模型是假設鋼筋以一個確定的角度分布在整個單元中，并假設混凝土與鋼筋之間存在著良好的粘結，認為兩者之間無滑移。又分為分層組合方式和帶鋼筋膜的方式等。
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目 錄：
第一章 緒論
1.1 鋼筋混凝土結構非線性分析的意義
1.2 鋼筋混凝土結構的有限元分析的特點與現(xiàn)狀
1.3 鋼筋混凝土結構有限元分析的發(fā)展趨勢
1.4 鋼筋混凝土結構非線性分析中的幾個基本概念
第二章 鋼筋混凝土結構材料的本構關系
2.1 概述
2.2 鋼筋的本構關系
2.3 混凝土的本構關系
2.4 鋼筋與混凝土之間的粘結
第三章 鋼筋混凝土結構有限元分析中的幾種單元
3.1 鋼筋混凝土結構極限元分析計算步驟
3.2 平面單元
3.3 桿系單元
3.4 聯(lián)結單元
3.5 鋼筋混凝土結構有限元模型的選擇
第四章 非線性有限元分析的計算方法
4.1 混凝土的開裂與破壞
4.2 有限元非線性方程組的解法
4.3 單元開裂和屈服后的處理
4.4 結構進入負剛度后的處理方法
第五章 鋼筋混凝土構件有限元分析
5.1 按桿系結構進行梁的有限元分析
5.2 鋼筋混凝土構件的荷載—撓度曲線計算
5.3 按平面應力問題進行梁的有限元分析
第六章 鋼筋混凝土框架結構有限元分析
6.1 基本假定與結構簡化
6.2 結構非線性計算模型
6.3 結構有限元非線性分析
第七章 鋼筋混凝土剪力墻結構有限元分析
7.1 概述
7.2 鋼筋混凝土剪力墻非線性有限元分析的基本理論
7.3 鋼筋混凝土剪力墻有限元分析實例
第八章 鋼筋混凝土結構動力有限元分析
8.1 動力分析的基本要求
8.2 動力方程及單元特性
8.3 動力特性的求解方法
8.4 動力反應的求解方法
8.5 動力系統(tǒng)的簡化方法
附錄 A 鋼筋混凝土剪力墻結構非線性有限元分析源程序
附錄 B 鋼筋混凝土構件裂縫及變形圖繪制
參考文獻
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鋼筋混凝土結構非線性有限元理論與應用.part2.rar
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展開 《混凝土結構有限元分析 》
作者：江見鯨 陸新征 葉列平 編著
出版社：清華大學出版社 出版日期：2005-3-1
原 價：￥46
CAEnet價：￥46元
郵費:￥5元
總價:￥51元
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ISBN：730210350X 386 系列：清華大學土木工程系列教材 尺寸：小16開 印張：25 字數(shù)：593000 印次：2 印刷時間：2006/02/01 用紙：膠版紙 版次：1
<<混凝土結構有限元分析>>系在十余年的教學基礎上編寫而成的，為清華大學研究生精品教材之一，本書的特點是理論性和實用性并重。
全書共分10章，不僅系統(tǒng)、深入地介紹了鋼筋混凝土結構有限元分析的基本理論和方法，同時還介紹了一些新的數(shù)值分析方法，此外本書還介紹了混凝土單元的建模技巧和分析方法。具體包括應力與應變分析、混凝土的破壞準則、混凝土材料的本構關系、鋼筋混凝土有限元模型、混凝土的斷裂與損傷、非線性方程的求解、桿系有限元模型等內(nèi)容。
本書既可作為高等院校土建類專業(yè)的研究生和高年級本科生的教材，也可作為廣大土建科研人員、技術人員的參考圖書。
【內(nèi)容提要】
本書系統(tǒng)、深入地介紹了鋼筋混凝土結構有限元分析的理論和方法，主要內(nèi)容包括：混凝土破壞準則和本構模型、鋼筋混凝土有限元離散化方法、非線性方程組求解方法及結構出現(xiàn)負剛度時的一些處理技巧。本書還介紹了近期國內(nèi)外學者采用并發(fā)展的一些新的數(shù)值方法，例如離散單元法、剛體彈簧元法和無網(wǎng)格法。針對目前國內(nèi)工程界廣泛采用的通用有限元程序，介紹了塵土單元的建模技巧和分析技術。
展開 鋼筋混凝土結構有限元分析單元類型和分析模型
通常鋼筋混凝土結構有限元分析單元分為兩個層次：桿系單元和實體單元。前者著重分析單元力（包括力和彎矩）與位移（包括位移和轉(zhuǎn)角）之間的關系，而后者著重分析單元的應力—應變關系。單元類型的選取應兼顧計算規(guī)模、材料模型的精度等多方面的因素。對于全結構規(guī)模較大，可將結構離散成桿系單元進行分析。對于復雜區(qū)域（梁柱節(jié)點）或重要的構件等可將桿系結構體系計算的力和位移施加到實體單元模型上，分析局部應力和應變。在結構分析中應盡可能多地采用三維實體單元模型，力求最大程度的真實模擬實際結構構件。
1.鋼筋混凝土結構有限元分析中的模型
鋼筋混凝土結構不同于一般均質(zhì)材料，它是由鋼筋和混凝土兩種材料構成的，一般鋼筋是被包圍在混凝土之中，而且相對體積較少，因此建立結構有限元模型需考慮這些特性。構成鋼筋混凝土結構的有限元模型主要有以下三類：
1.1 分離式模型
分離式模型把混凝土和鋼筋作為不同的單元來處理，即混凝土和鋼筋各自被劃分為足夠小的單元。考慮到鋼筋是一種細長材料，通常可忽略其橫向抗剪強度。這樣，可以將鋼筋作為線形單元處理（如ANSYS中的link8單元）。混凝土可采用四面體單元等實體單元（如ANSYS中的solid65單元）。在該模型中，鋼筋和混凝土之間可以插入聯(lián)結單元來模擬鋼筋和混凝土之間的粘結和滑移，若鋼筋和混凝土之間的粘結很好，不會有相對滑移，則可視為剛性聯(lián)結，可以不考慮聯(lián)結單元問題。眾所周知，鋼筋混凝土是存在裂縫的(否則鋼筋難以發(fā)揮作用)，而開裂必然導致鋼筋和混凝土變形不協(xié)調(diào)，也就是說必然存在粘結失效和滑移的產(chǎn)生，因此這種模型被廣泛的應用。單元剛度矩陣的推導與一般有限元相同。
1.2 組合式模型
組合式模型是假設鋼筋以一個確定的角度分布在整個單元中，并假設混凝土與鋼筋之間存在著良好的粘結，認為兩者之間無滑移。
展開 
轉(zhuǎn)，鋼筋混凝土結構非線性有限元在ANSYS中的分析
前言
混凝土是一種力學性能十分復雜的建筑材料,由水泥、砂、石、水及各種外加劑硬化而成,成分復雜,性能多樣.迄今為止,還不能說對混凝土的力學性能己經(jīng)完全掌握了。對于鋼筋混凝土結構的分析和強度計算,傳統(tǒng)的方法是建立基于大量試驗研究的經(jīng)驗公式,對于常規(guī)設計而言,這種方法仍不失其實用價值。但是基于試驗數(shù)據(jù)的經(jīng)驗公式并不能滿足人們對鋼筋混凝土結構深入認識的需要,諸如混凝土的彈塑性性質(zhì)、混凝土的開裂及鋼筋與混凝土的交互作用等。
1967年,Ngo和Scordelis將有限元方法應用于分析混凝土梁。隨著計算機技術的快速發(fā)展,非線性有限元法在鋼筋混凝土結構分析中得到了廣泛的應用,它不僅應用于普通建筑構件,如梁、板、剪力墻等.也應用于人型特殊復雜結構。同時對于結構和構件的全過程分析,必須借助非線性有限元方法才能得出合理的結論。此外非線性有限元還能夠幫助和改進一部分試驗,應用非線性有限元法對于減少試驗數(shù)量、減輕試驗的勞動量、提高效率很有意義。
但是,和一般連續(xù)介質(zhì)力學中的有限元方法相比,對鋼筋混凝土結構進行有限元分析還存在不少困難,這些困難主要存在于:鋼筋和混凝土是力學性能很不相同的材料。混凝土材性復雜、成分多樣,特別是在復雜應力狀態(tài)和加載歷史下,其本構關系還有許多問題值得研究。在荷載作用下,一般鋼筋混凝土結構是帶裂縫工作的.混凝土的變形(如收縮和徐變)和時間相關,另外,影響混凝土和鋼筋之間粘結滑移的因素也很多,其中規(guī)律還有待深入研究。鋼筋混凝土結構的非線性有限元分析離開了計算機是不可能實現(xiàn)的,因此程序編制特別重要。
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本書對用有限元法分析鋼筋混凝土結構作了系統(tǒng)、深入的論述。內(nèi)容包括混凝土強度理論，本構關系模式，有限元離散技術，非線性數(shù)值方法和有關程序設計，反映了在這一領域的國內(nèi)外最新成果。本書將理論闡述、數(shù)值計算和程序設計緊密結合，并附有非線性分析源程序，便于工程應用。
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基于通用有限元程序和微平面模型分析復雜應力混凝土結構
目的為了能準確模擬混凝土的各種復雜力學行為,從而對復雜應力混凝土結構進行準確分析.方法基于微觀層次的混凝土本構模型———微平面模型原理,將其與具有優(yōu)越非線性分析能力的通用有限元程序MSC.MARC相結合,開發(fā)了相關程序,并對混凝土在單軸、雙軸、三軸、往復受力等各種應力狀態(tài)下的行為和一片實際剪力墻的滯回加載進行了模擬分析計算.結果通過與相關試驗結果的比較,驗證了程序的可靠性,并指出了現(xiàn)有通用有限元程序在模擬復雜應力混凝土受力行為上的問題.結論本程序可較好地應用于分析復雜混凝土結構
基于通用有限元程序和微平面模型分析復雜應力混凝土結構.pdf
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鋼筋混凝土結構非線性有限元.part1.rar
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ANSYS 有限元模型 鋼結構混凝土橋梁 ￥39
本模型為ansys15.0鋼結構混凝土橋梁，模型沒有問題可以計算，附件包含完整的db文件。演示的結果為加了重力的計算結果，可以根據(jù)需求改變約束和荷載進行計算。
ANSYS 鋼結構 混凝土 懸索橋4 有限元 模型 ￥99
本模型為ansys15.0鋼結構橋梁，模型沒有問題可以計算，附件包含完整的db文件及命令流。演示的結果為加了重力的計算結果，可以根據(jù)需求改變約束和荷載進行計算。
復合材料混凝土模具有限元分析
復合材料混凝土模具有限元分析
1. 模具尺寸
模具尺寸大小為9000mm*3500mm，截面尺寸如下圖所示。
圖1.1 模具截面尺寸
2. 有限元分析結果
2.1. 第一種材質(zhì)
彈性模量E1=51492MPa，E2=10000MPa，E3=10000MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=21103MPa，G13=21103MPa，G23=4000MPa，纖維方向的拉伸極限應力為923MPa，纖維方向的壓縮極限應力為493MPa，剪切強度為245MPa。
在混凝土側(cè)壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應力及位移變化如下圖所示。
圖2.1 模具應力云圖
圖2.2 模具位移圖
由以上結果可知，模具最大應力為5.23MPa,最大位移為0.195mm。
2.2. 第二種材質(zhì)
彈性模量E1=28400MPa，E2=5515MPa，E3=5515MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=11639MPa，G13=11639MPa，G23=2121MPa，纖維方向的拉伸極限應力為654.59MPa，纖維方向的壓縮極限應力為445.79MPa，剪切強度為106.65MPa。
在混凝土側(cè)壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應力及位移變化如下圖所示。
圖2.3 模具應力云圖
圖2.4 模具位移圖
由以上結果可知，模具最大應力為5.25MPa,最大位移為0.354mm。
3.
展開 
復合材料混凝土模具有限元分析
復合材料混凝土模具有限元分析
當前國內(nèi)眾多模具均使用鋼材加工而制成，制作成本高且維護費用大，模具自身自重很大，在生產(chǎn)過程中非常不方便，為此，本文提出一種采用復合材料制作而成的復合材料混凝土模具，并通過有限元分析對比了不同工況下模具的力學性能，最終為模具生產(chǎn)提供優(yōu)化方法及技術指導。
1. 模具尺寸
模具尺寸大小為9000mm*3500mm，截面尺寸如下圖所示。
圖1.1 模具截面尺寸
2. 有限元分析
此模型為承受的荷載為靜力荷載，采用GENERAL STATIC模塊進行分析便可得到理想的效果。
1. 有限元分析結果
1.1. 第一種材質(zhì)
彈性模量E1=51492MPa，E2=10000MPa，E3=10000MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=21103MPa，G13=21103MPa，G23=4000MPa，纖維方向的拉伸極限應力為923MPa，纖維方向的壓縮極限應力為493MPa，剪切強度為245MPa。
在混凝土側(cè)壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應力及位移變化如下圖所示。
圖2.1 模具應力云圖
圖2.2 模具位移圖
由以上結果可知，模具最大應力為5.23MPa,最大位移為0.195mm。
1.2.
展開 復合材料混凝土模具有限元分析
復合材料混凝土模具有限元分析
1. 模具尺寸
模具尺寸大小為9000mm*3500mm，截面尺寸如下圖所示。
圖1.1 模具截面尺寸
2. 有限元分析結果
2.1. 第一種材質(zhì)
彈性模量E1=51492MPa，E2=10000MPa，E3=10000MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=21103MPa，G13=21103MPa，G23=4000MPa，纖維方向的拉伸極限應力為923MPa，纖維方向的壓縮極限應力為493MPa，剪切強度為245MPa。
在混凝土側(cè)壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應力及位移變化如下圖所示。
圖2.1 模具應力云圖
圖2.2 模具位移圖
由以上結果可知，模具最大應力為5.23MPa,最大位移為0.195mm。
2.2. 第二種材質(zhì)
彈性模量E1=28400MPa，E2=5515MPa，E3=5515MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=11639MPa，G13=11639MPa，G23=2121MPa，纖維方向的拉伸極限應力為654.59MPa，纖維方向的壓縮極限應力為445.79MPa，剪切強度為106.65MPa。
在混凝土側(cè)壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應力及位移變化如下圖所示。
圖2.3 模具應力云圖
圖2.4 模具位移圖
由以上結果可知，模具最大應力為5.25MPa,最大位移為0.354mm。
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展開 基于擴展有限元的混凝土受力開裂計算分析
自1999年美國西北大學以Belytschko教授[1]為代表的計算力學課題組提出的擴展有限元概念至今已有23年，該理論基于傳統(tǒng)有限元的單位分解思想，在不連續(xù)位置通過富集自由度的形式表達不連續(xù)場，既保持了計算過程中的收斂性，又可以很好的解決傳統(tǒng)有限元在面對不連續(xù)問題時的困境。本文基于大型非線性有限元商用軟件Abaqus模擬混凝土I型開裂行為，主要內(nèi)容包括：混凝土開裂模型介紹、數(shù)值模擬細節(jié)、后處理分析。
模型介紹
本文講解的模型數(shù)據(jù)選自胡少偉課題組[2]，模型尺寸圖所示，彈性模量：30 GPa，泊松比：0.167，抗拉強度：1.65 Mpa，斷裂能：102.8 N/m，預置裂紋長度為80 mm。
圖 1 混凝土開裂模型尺寸
模擬細節(jié)
Abaqus以非線性計算為自身優(yōu)勢，在眾多有限元軟件中一騎絕塵，本文選用Abaqus作為模擬工具。
整體介紹
為減少計算成本，整體采用平面應力模型，讀者也可根據(jù)自己需求建立三維實體模型。支座與壓頭使用離散剛體，即剛度無限大，不參與計算過程，不要忽略了剛體的參考點設置。
圖1 2D三點彎曲梁模型圖
材料屬性
應用Maxps Damage斷裂準則，損傷演化采用以能量線性Linear軟化本構，斷裂能參數(shù)輸入至Fracture Energy，粘性系數(shù)Damage Stabilization Cohesive-Viscosity coefficient選用1.0 e-4~1.0 e-5，該選項的作用是幫助收斂，取值范圍是一個經(jīng)驗性的取值，具體的范圍取值可參照Ahmad[3]的建議 。
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