ansys鋼筋螺紋建模的案例
ansys workbench鋼筋混凝土建模方法
更新晚了點(diǎn)，最近忙于加固項(xiàng)目，所以優(yōu)先學(xué)習(xí)了下WB鋼筋混凝土模擬方法，奈何資料太少，所以更新拖了兩周。
首先說(shuō)明下，比較少接觸鋼筋混凝土的理論分析或試驗(yàn)，本文主要是一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，可能很多說(shuō)法存在問(wèn)題，但是本文所提及的模型都是一步一步做過(guò)的，數(shù)據(jù)也是盡可能的準(zhǔn)確，如有錯(cuò)誤，歡迎指正。如果某個(gè)模型較多人感興趣，再出一期詳細(xì)的。
參考文獻(xiàn)：1、周炬《Ansys Workbench有限元分析實(shí)例詳解》2、公眾號(hào)：搬磚2號(hào)叉會(huì)腰3、公眾號(hào)：ansys結(jié)構(gòu)院4、ansys官方、YouTube等資料。
本文小結(jié):
1、 Mw或DPC+HSD模型，可以說(shuō)是官方首推的方法，workbench最適用的方法，其solid185和solid186(混凝土)和reinf單元（鋼筋）完美適合用（workbench 2020r2以后版本推出，鋼筋采用此單元，鋼筋與混凝土節(jié)點(diǎn)自動(dòng)耦合），和《混規(guī)》GB50010的本構(gòu)模型相比，DP模型區(qū)分了彈性段，強(qiáng)化段，軟化段，殘余應(yīng)力段。未屈服前按照彈性材料處理，屈服后根據(jù)用戶選擇的HSD模型進(jìn)行計(jì)算。中國(guó)規(guī)范中在峰值拉壓應(yīng)變前后本構(gòu)模型為冪函數(shù)，HSD模型中的Expotential HSD和中國(guó)規(guī)范為接近，實(shí)際中既可以采用指數(shù)函數(shù)的HSD也可以采用線性的HSD來(lái)進(jìn)行計(jì)算。方法1是王新敏老師推薦的方法。
2、損傷-塑性微平面模型（CPT215單元）在模擬混凝土軟化、下降段方面，優(yōu)于solid65（壓根就沒(méi)有），Mw或DPC（通常采用solid185、186），之前看到一個(gè)消息，說(shuō)官方不建議在wb中使用，但是我用WB2024R1測(cè)試，沒(méi)啥問(wèn)題，可以與renif單元聯(lián)合使用，相比方法1，需要在WB中插入命令流。
展開(kāi) 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(lái)模擬混凝土,所謂整體式建模也即是在建模過(guò)程中，通過(guò)對(duì)65單元進(jìn)行實(shí)常數(shù)的設(shè)置來(lái)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(lái)講，其計(jì)算的開(kāi)裂荷載誤差較小，但開(kāi)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(wèn)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(guò)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(lái)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(lái)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(kāi) 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(xiě)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(lái)一段時(shí)間內(nèi)，筆者將通過(guò)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(kāi) ansys之——混凝土鋼筋怎樣建模
一受均布荷載的簡(jiǎn)支梁，跨度為3000mm,截面為100x200mm，配有兩根鋼筋，承受的均布載荷為0.04N/mm*mm。命令中采用了1/4模型，材料參數(shù)詳見(jiàn)命令中。由于選擇時(shí)采用的是實(shí)體號(hào)而不是坐標(biāo)，可能在有些系統(tǒng)上會(huì)受到影響，各位注意。
!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 !
展開(kāi) 
關(guān)于Ansys的鋼筋混凝土建模的，理論性很強(qiáng)！
美國(guó)好幾位土木與結(jié)構(gòu)的博士寫(xiě)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(lái)，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(méi)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(guò)在重合的鋼筋和混凝土節(jié)點(diǎn)上添加非線性彈簧combin39來(lái)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(lái)說(shuō)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(zhǎng)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(xiě)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(kāi) 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(lái)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(jiàn)通過(guò)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(kāi) 