ansys混凝土建模的案例
ANSYS鋼筋混凝土建模方法概述
利用大型通用有限元軟件ANSYS進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建模、計(jì)算分析、結(jié)果處理是目前針對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行數(shù)值模擬的重要步驟。如何采用ANSYS進(jìn)行鋼筋混凝土建模，能否把握有限元模型的可行性、合理性是將有限元理論應(yīng)用到實(shí)際工程中較為關(guān)鍵的一環(huán)。
按照目前在建模中對(duì)鋼筋的處理方式，ANSYS鋼筋混凝土建模方法主要分為三種：整體式、分離式以及組合式，每種方法都具有不同的建模特點(diǎn)，現(xiàn)略做總結(jié)如下。
一、整體式建模
ANSYS采用Solid65單元來模擬混凝土,所謂整體式建模也即是在建模過程中，通過對(duì)65單元進(jìn)行實(shí)常數(shù)的設(shè)置來考慮鋼筋對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的作用。這種方法將鋼筋彌散于整個(gè)單元中，并視單元為連續(xù)均勻材料。與其他方法比較，整體式建模的單元?jiǎng)偠染仃嚲C合了鋼筋和混凝土單元的剛度矩陣，并且是一次性求得綜合的剛度矩陣。
因此，在采用整體建模方法時(shí)，在建模之前，應(yīng)首先求得單元各個(gè)方向的配筋率，并設(shè)置實(shí)常數(shù)，一般適用于體量較大，配筋比較規(guī)整的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。整體式建模所得計(jì)算結(jié)果對(duì)比實(shí)驗(yàn)來講，其計(jì)算的開裂荷載誤差較小，但開裂荷載后的整體荷載位移曲線與實(shí)驗(yàn)相比誤差較大。但采用整體建模方法的主要好處是能有效避免因?yàn)閱卧?xì)分導(dǎo)致的應(yīng)力奇異問題，有利于提高整體計(jì)算的收斂性性能。
二、分離式建模
與整體式建模方法不同，分離式建模是指在建模過程中，考慮鋼筋與混凝土的相互作用，分別選用不同的單元來模擬鋼筋和混凝土。一般而言，鋼筋采用線單元link8模擬，混凝土選用配筋率為0的素混凝土Solid65單元模擬。
由于采用不同單元建模，如果認(rèn)為結(jié)構(gòu)在受外部荷載作用時(shí)，鋼筋與混凝土在相互約束情況下會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑移，這時(shí)可以在鋼筋與混凝土之間添加粘結(jié)單元來模擬鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)與滑移，一般采用非線性彈簧conbin39。
展開 ANSYS混凝土三維隨機(jī)骨料 混凝土細(xì)觀 隨機(jī)球體 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料建模
研究進(jìn)展
通過ANSYS進(jìn)行混凝土細(xì)觀模型的構(gòu)建是進(jìn)行混凝土性能分析的有效方法，在ANSYS內(nèi)構(gòu)建混凝土細(xì)觀模型是分析的前提。現(xiàn)階段在ANSYS內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)混凝土模型構(gòu)建的主流方法是通過APDL命令流等形式，這要求研究者應(yīng)具有一定的程序設(shè)計(jì)能力。
為了方便快捷的構(gòu)建出混凝土細(xì)觀幾何模型，這里提出另一種建模方案，通過AutoCAD模型導(dǎo)入的方式，實(shí)現(xiàn)無編程構(gòu)建混凝土隨機(jī)骨料。
模型構(gòu)建
1、CAD模型生成
首先采用CAD隨機(jī)球體顆粒插件在AutoCAD內(nèi)構(gòu)建三維球體幾何模型：
插件可指定生成隨機(jī)分布的不相交的球體顆粒，同時(shí)生成與球體顆粒裝配的帶有孔洞的長方體基體。同時(shí)對(duì)顆粒的粒徑大小、比例等都能進(jìn)行控制。
將生成的三維球體幾何模型導(dǎo)出為.sat格式文件備用。
2、ANSYS Workbench 導(dǎo)入
打開ANSYS Workbench，在幾何內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)入預(yù)先保存的.sat文件：
后續(xù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分等操作，在ANSYS Workbench內(nèi)進(jìn)行即可：
插件下載
建模用到的CAD插件下載：
CAD隨機(jī)球體顆粒插件
展開 Abaqus纖維混凝土3D 泡沫混凝土 三維隨機(jī)幾何 三維混凝土細(xì)觀 多面體骨料建模
模型實(shí)例
以下是Abaqus內(nèi)纖維混凝土的模型，纖維是采用三維圓柱體模擬的，混凝土內(nèi)的骨料采用的是實(shí)體的球體。纖維及骨料均可設(shè)置不同的尺寸，并且各類型的數(shù)目不受限制，即可設(shè)置多種纖維及球體骨料大小。
研究進(jìn)展
在Abaqus內(nèi)建立混凝土細(xì)觀模型，如鋼纖維混凝土、不干涉球體骨料、多面體骨料模型等，是進(jìn)行混凝土性能研究的主流方法之一。而在進(jìn)行Abaqus混凝土細(xì)觀模擬時(shí)，隨機(jī)骨料及隨機(jī)纖維等幾何模型的構(gòu)件是主要的難點(diǎn)所在。
為了在Abaqus內(nèi)建立混凝土模型，有學(xué)者采用Abaqus命令的方式，但這需要有一定的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并且需要反復(fù)改參、調(diào)試，極為不便。也有采用Abaqus混凝土建模插件實(shí)現(xiàn)的方式，這極大的節(jié)省了模型建立的耗時(shí)，如Abaqus混凝土多邊形或Abaqus混凝土三維球體骨料插件等，但其實(shí)現(xiàn)的模型較為簡(jiǎn)單，幾何模型單一。
建模方案
這里介紹一種通過AutoCAD軟件建立纖維混凝土三維模型后導(dǎo)入到Abaqus內(nèi)的方式。可實(shí)現(xiàn)多種混凝土模型的快速構(gòu)建。CAD導(dǎo)入Abaqus的方法簡(jiǎn)單，將CAD文件輸出為.sat格式，然后在Abaqus內(nèi)選擇導(dǎo)入部件，選擇對(duì)應(yīng)的.sat文件即可。
下面是通過該方法建立的Abaqus隨機(jī)幾何模型。
插件介紹
本插件可以生成多種形式的隨機(jī)三維幾何，用于Abaqus混凝土模型的建立，也可用于再生骨料混凝土、泡沫混凝土、加氣混凝土等方面。理論上講，只要幾何存在相似性，可進(jìn)行模型簡(jiǎn)化的，均可采用這種方式進(jìn)行建模。
插件的詳細(xì)介紹及下載見下方鏈接：
CAD隨機(jī)幾何3D插件
展開 ansys workbench鋼筋混凝土建模方法
3、 MISO或BISO模型（SOLID65單元）以Willam-Warnke理論為主，可考慮混凝土開裂和壓碎行為，可采用分離模型和整體式模型，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的分析提供了手段，比較老牌的方法，比較靠譜。但該單元計(jì)算分析的收斂問題很讓人頭痛，尤其在荷載-位移曲線水平段和下降段時(shí)。只支持與link180單元一同使用，鋼筋與混凝土單元需要共節(jié)點(diǎn)，因此復(fù)雜結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格劃分存在一些難度。
4、粘結(jié)滑移的模擬，鋼筋采用link單元，混凝土采用solid185單元，在梁截面的兩個(gè)方向只須耦合其自由度，在縱向（縱筋方向）添加非線性彈簧Combin39即可，難度在于本構(gòu)。在普通的鋼筋混凝土構(gòu)件計(jì)算中考慮粘結(jié)滑移作用多此一舉，若研究課題中，鋼筋和混凝土間的粘結(jié)-滑移作用本身就是重點(diǎn)或者參數(shù)之一，可以試試這種建模思路。本文不提及，有興趣的可以交流。
展開 
超大跨鋼管混凝土拱橋 ANSYS APDL 精細(xì)化建模案例介紹 ￥39.9
案例概述
本案例展示了一個(gè)基于 ANSYS APDL 的超大跨鋼管混凝土拱橋有限元建模與分析過程。橋梁主跨超過 400 米，模型采用雙單元法（Double-Element Method），以簡(jiǎn)化且合理的方式模擬鋼管混凝土拱橋在彈性階段的整體受力與剛度特性。模型經(jīng)過充分驗(yàn)證，可一次性完成恒載分析并順利收斂，結(jié)果穩(wěn)定可靠，可作為工程參考和教學(xué)示例的基礎(chǔ)模型。
該案例提供了完整的可運(yùn)行文件，包括模型文件（TrussArcBridge.cdb）和計(jì)算命令流文件（TrussArcBridge.mac），用戶可直接在 ANSYS 環(huán)境中加載并執(zhí)行，也適用于ansys workbench，快速得到結(jié)構(gòu)受力結(jié)果。
圖1-1 模型
圖1-2 邊界
圖1-3 位移結(jié)果
1.2. 建模思路與單元?jiǎng)澐?模型采用以主拱、吊索、橋面體系為核心的空間有限元結(jié)構(gòu)體系。主拱肋及桁架部分采用 BEAM188 單元，用以模擬具有彎曲和剪切變形能力的空間桿件；吊索采用 LINK180 單元，主要承受軸向拉力，計(jì)算效率高且穩(wěn)定性好；橋面采用 SHELL181 單元，用以反映組合橋面的彎曲與剪切剛度，實(shí)現(xiàn)橋面與主拱的合理協(xié)同。
材料部分采用彈性模型，鋼管混凝土雙單元法理，既保證了分析的合理性，又避免了復(fù)雜的非線性求解過程。邊界條件采用固結(jié)與簡(jiǎn)支混合形式，可根據(jù)不同橋型和設(shè)計(jì)要求靈活修改。
該模型采用合理的節(jié)點(diǎn)耦合與剛度協(xié)調(diào)方式，確保鋼管與混凝土、拱肋與橋面、吊索與桁架之間的力學(xué)傳遞真實(shí)可靠。
1.3. 案例文件說明
TrussArcBridge.cdb：為模型文件，包含節(jié)點(diǎn)、單元、截面、材料及邊界定義，可直接在 ANSYS 中導(dǎo)入使用。
展開 CAD纖維混凝土2D插件 纖維混凝土建模 ￥699
功能說明
插件可在AutoCAD軟件內(nèi)生成二維纖維混凝土模型，模型可導(dǎo)入COMSOL、Abaqus、ANSYS等有限元軟件內(nèi)，用于纖維混凝土的仿真模擬。
插件生成的纖維混凝土模型包括骨料、界面過渡區(qū)（ITZ）、纖維、孔隙、砂漿基體等部分，且每部分分圖層進(jìn)行繪制，方便分別導(dǎo)入到其他軟件內(nèi)。
說明提醒
插件需要注冊(cè)，注冊(cè)后可永久使用，版本更新不影響注冊(cè)狀態(tài)，注冊(cè)請(qǐng)聯(lián)系QQ：1135122921。
樣圖下載
纖維混凝土2D樣圖.rar
關(guān)于Ansys的鋼筋混凝土建模的，理論性很強(qiáng)！
美國好幾位土木與結(jié)構(gòu)的博士寫的，理論很深入，估計(jì)對(duì)大家進(jìn)行鋼筋混凝土的建模會(huì)很有幫助。本人已經(jīng)不搞這行了，現(xiàn)在把這個(gè)東西貢獻(xiàn)出來，希望對(duì)大家有所幫助！
鋼筋混凝土建模(Ansys).part1.rar
鋼筋混凝土建模(Ansys).part2.rar
ansys之——混凝土鋼筋怎樣建模
鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁分析
/COM, Structural
!----------定義單元及材料等---------------------
/PREP7
et,1,link8 !定義link8單元
et,2,solid65 !定義solid65單元
keyopt,2,7,1
r,1,314 !定義link8單元的面積
r,2 !定義solid65的實(shí)常數(shù)號(hào)
mp,ex,1,2e5 !定義link8單元的彈性模量
mp,prxy,1,0.3 !定義link8單元的泊松系數(shù)
mp,ex,2,4e4 !定義solid65單元的彈性模量
mp,prxy,2,0.3 !定義solid65單元的泊松系數(shù)
tb,concr,2 !定義2號(hào)為混凝土
tbdata,,0.9,1,1.8,50 !定義混凝土的c1,c2,Rl,Ra
!----------建立幾何模型-------------------------
blc4, , ,50,200,1500 !定義梁體
/view,1,1,1,1 !定義ISO查看
/ang,1
vplot !繪制梁體
kwpave,5 !工作平面移動(dòng)到關(guān)鍵點(diǎn)5
wpoff,25 !工作平面移動(dòng)25mm
wprot,0,0,90 !工作平面旋轉(zhuǎn)
vsbw,1 !分割梁體
wpoff,0,40 !工作平面移動(dòng)40mm
wprot,0,90 !工作平面旋轉(zhuǎn)
vsbw,all !分割梁體
wpoff,300 !再將梁體分割為三個(gè)區(qū)域
wprot,0,0,90 !(原為控制單元密度而設(shè))
vsbw,all
wpoff,0,0,900
vsbw,all
wpstyl !關(guān)閉工作平面顯示
nummrg,all !整理編號(hào)
numcmp,all
!
展開 ANSYS鋼筋混凝土（一）整體式建模
01 ANSYS中的鋼筋混凝土
目前在ANSYS中模擬鋼筋混凝土主要有以下幾種方法：整體式建模、分離式建模（共節(jié)點(diǎn)）、分離式建模（考慮粘結(jié)滑移）、使用“Embed”方法（編寫弘文件）、使用REINF單元等。
以下是幾種鋼筋混凝土的模擬思路：
接下來一段時(shí)間內(nèi)，筆者將通過多個(gè)帖子用實(shí)例逐個(gè)介紹ANSYS中以上模擬鋼筋混凝土的方法。可關(guān)注筆者的技術(shù)鄰賬號(hào)和公眾號(hào)，及時(shí)學(xué)習(xí)！
02 整體式建模方法
整體式模型即將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋彌散到整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)中（采用混凝土實(shí)體單元SOLID65中自帶的配筋率實(shí)常數(shù)設(shè)置）。
其優(yōu)勢(shì)在于建模簡(jiǎn)單快捷，計(jì)算收斂性較好，劣勢(shì)在于其計(jì)算結(jié)果粗略。特別對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件較多，且混凝土結(jié)構(gòu)配筋非最主要研究對(duì)象時(shí)，建議采用整體式建模方法模擬鋼筋混凝土構(gòu)件。
定義了配筋率后的鋼筋混凝土梁
03 案例分析
如下圖所示的一根鋼筋混凝土梁，使用整體式建模方法模擬，著重展示配筋率實(shí)常數(shù)計(jì)算和賦值方法。
鋼筋混凝土梁尺寸簡(jiǎn)圖
為簡(jiǎn)化計(jì)算，建立鋼筋混凝土梁的1/2對(duì)稱模型，支座和加載頭建立鋼墊片，墊片與梁之間采用MPC算法粘結(jié)。
受壓區(qū)和受拉區(qū)縱筋配筋率需要分別定義，故用工作平面切割出受壓區(qū)和受拉區(qū)。
展開 ANSYS Workbench隨機(jī)球體及過渡區(qū)三維混凝土細(xì)觀建模
在ANSYS Workbench內(nèi)建立隨機(jī)球體及ITZ界面層混凝土細(xì)觀模型可采用CAD隨機(jī)球體顆粒&過渡區(qū)3D插件建模后將模型導(dǎo)入。
在插件內(nèi)設(shè)置好模型參數(shù)后運(yùn)行，插件會(huì)自動(dòng)完成隨機(jī)球體、界面過渡區(qū)、基體模型的建立。插件已將不同部件分圖層進(jìn)行建模，將模型整體導(dǎo)出為IGES格式文件。
在ANSYS Workbench內(nèi)選擇幾何結(jié)構(gòu)-導(dǎo)入幾何模型，選擇保存的IGES文件并導(dǎo)入，通過SpaceClaim打開，可對(duì)不同圖層內(nèi)容進(jìn)行批量管理并賦值材料屬性。
打開模型，可對(duì)混凝土細(xì)觀模型進(jìn)行有限元仿真模擬。
CAD隨機(jī)球體顆粒&過渡區(qū)3D插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1916053
展開 ANSYS鋼筋混凝土（三）分離式建模（粘結(jié)滑移）
01 分離式建模方法（考慮粘結(jié)滑移）
半年沒更帖子，最近有時(shí)間繼續(xù)把坑補(bǔ)完。
上次介紹了ANSYS中模擬鋼筋混凝土構(gòu)件的分離式建模方法，鋼筋和混凝土之間的相互作用關(guān)系是共節(jié)點(diǎn)。而實(shí)際上，鋼筋與其附近的混凝土之間存在粘結(jié)-滑移的關(guān)系。
本文介紹下一種ANSYS中鋼筋混凝土模擬的一種進(jìn)階方法——分離式建模（考慮粘結(jié)滑移）
粘結(jié)-滑移作用通過在重合的鋼筋和混凝土節(jié)點(diǎn)上添加非線性彈簧combin39來考慮。這意味著在建立幾何模型和劃分網(wǎng)格時(shí)，需要注意以下兩點(diǎn)：
① 混凝土梁體和鋼筋需要分別建模（而非在梁體上切割出鋼筋線體后賦值）。
② 混凝土梁體的節(jié)點(diǎn)位置需要和鋼筋節(jié)點(diǎn)位置相重合（或接近），這意味著劃分網(wǎng)格時(shí)，需要協(xié)調(diào)兩者的單元尺寸。
混凝土與鋼筋節(jié)點(diǎn)位置重合（或靠近）
對(duì)于鋼筋混凝土梁，一般來說只需對(duì)縱筋考慮粘結(jié)-滑移作用。因此對(duì)位置重合的鋼筋和混凝土節(jié)點(diǎn)，在梁截面的兩個(gè)方向只須耦合其自由度，在縱向（縱筋方向）添加非線性彈簧Combin39即可。
其中，非線性彈簧的F-X屬性即是鋼筋混凝土粘結(jié)滑移關(guān)系（注意要乘以單元長度）。這個(gè)粘結(jié)滑移關(guān)系有大量可供參考的規(guī)范和文獻(xiàn)，可按需取用。
02 案例分析
仍然是如下圖所示的一根鋼筋混凝土梁，使用考慮粘結(jié)滑移的分離式建模方法模擬，此次計(jì)算中不考慮箍筋的建模。
鋼筋混凝土梁尺寸簡(jiǎn)圖
有限元模型示意圖如下：
鋼筋混凝土梁模型示意圖
核心的命令流是如何寫一個(gè)循環(huán)，自動(dòng)地對(duì)重合的混凝土和鋼筋節(jié)點(diǎn)施加耦合作用和非線性彈簧單元：
!
展開 
ANSYS鋼筋混凝土（二）分離式建模（共節(jié)點(diǎn)）
01 分離式建模方法（共節(jié)點(diǎn)）
上次介紹了ANSYS中使用SOLID65中配筋率實(shí)常數(shù)來考慮鋼筋的“整體式建模方法”：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1794777
本文則介紹下一種ANSYS中鋼筋混凝土模擬的常用方法——分離式建模（共節(jié)點(diǎn)）
分離式建模即將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)按照其主要幾何構(gòu)造建模，并賦予其桿單元（LINK180等）屬性。又按照鋼筋網(wǎng)與混凝土的連接方法細(xì)分為“共節(jié)點(diǎn)”、“考慮粘結(jié)滑移”、“EMBEDDED方法”等。
鋼筋與混凝土共節(jié)點(diǎn)即鋼筋單元上的節(jié)點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)重合位置的混凝土節(jié)點(diǎn)本身為共節(jié)點(diǎn)，這種方法忽略了鋼筋與混凝土間的粘結(jié)滑移作用，但勝在相對(duì)簡(jiǎn)便，且在大多數(shù)情況下考慮粘結(jié)滑移與否對(duì)結(jié)果的影響不大。
要使網(wǎng)格劃分時(shí)鋼筋節(jié)點(diǎn)與混凝土節(jié)點(diǎn)本身為共節(jié)點(diǎn)，那么就要求幾何上鋼筋線（Line）本身就是混凝土體（Volume）體內(nèi)的線，這也是“共節(jié)點(diǎn)”的基本操作思路。下圖可以很好地幫助理解其原理：
02 案例分析
仍然是如下圖所示的一根鋼筋混凝土梁，使用共節(jié)點(diǎn)的分離式建模方法模擬，實(shí)例詳情可能與真實(shí)工程和試驗(yàn)相比有不合理之處，只借此著重展示共節(jié)點(diǎn)的整體式建模操作方法。
鋼筋混凝土梁尺寸簡(jiǎn)圖
有限元模型（取1/2對(duì)稱結(jié)構(gòu)）示意圖如下，可見通過這種方法可詳細(xì)地考慮鋼筋籠的特征。
鋼筋混凝土梁模型示意圖
體現(xiàn)在實(shí)際操作中，核心的命令流是靈活使用工作平面變換（WP系列命令）、切割（VSBW）操作切割出鋼筋線，并用LATT命令對(duì)不同的鋼筋線進(jìn)行賦值。
展開 ANSYS纖維混凝土 三維隨機(jī)纖維 鋼纖維 纖維復(fù)合材料建模
在ANSYS內(nèi)構(gòu)建隨機(jī)分布的纖維除了采用命令流的方式外，還可以采用AutoCAD模型導(dǎo)入的方法，在這里對(duì)CAD生成隨機(jī)纖維及導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行詳細(xì)介紹。
首先采用CAD隨機(jī)三維纖維插件進(jìn)行纖維及基體材料的幾何模型構(gòu)建，插件可指定數(shù)目、直徑、長度、角度的三維分布的圓柱體纖維，插件嚴(yán)格控制纖維之間不發(fā)生干涉，同時(shí)插件會(huì)在CAD內(nèi)生成與圓柱體纖維相適配的帶有空洞的長方體基體。
設(shè)置好參數(shù)運(yùn)行CAD隨機(jī)三維纖維插件，生成所需要的三維纖維幾何模型，模型建立完成后，需要另存為.sat文件，以備ANSYS導(dǎo)入。
打開ANSYS Workbench，新建一個(gè)分析，在Geometry上右鍵，選擇導(dǎo)入剛才保存的.sat纖維模型文件：
模型是包括圓柱體纖維、帶孔的長方體基體兩部分。纖維及長方體基體均為實(shí)體。
生成后就可以進(jìn)行網(wǎng)格劃分、模擬分析等操作了。
建模所用到的插件：
CAD_隨機(jī)三維纖維插件
展開 風(fēng)電混塔-混凝土&鋼塔筒abaqus有限元建模完整模型 ￥199
1本案例包含一套完整的風(fēng)電混塔有限元模型（除中間階段鋼筋外），相信拿到模型會(huì)明白風(fēng)塔有限元建模主要方法 2.風(fēng)塔建模工程量巨大，重要的是掌握方法，剩下的只是時(shí)間問題 3.材料本構(gòu)及載荷設(shè)置問題本模型未能提供，請(qǐng)忽略其參數(shù)，請(qǐng)教專業(yè)人士4.附件為CAE付費(fèi)文件，你我交流使用請(qǐng)勿傳播
混凝土建模？So easy！ YYDS !!! ￥20
Hypermesh （Abaqus模板）混凝土建模
付費(fèi)壓縮包內(nèi)容如下：
Concrete_Modeling_Demo.hm （Hm模型文件）
Concrete_Modeling_Demo.inp （Abaqus求解文件）
Hypermesh_Concrete_Modeling_For_Abaqus.pptx （手把手的教程文件）
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