ansys 鋼筋應力的案例
ANSYS預應力鋼筋與混凝土耦合造成應力集中的一種解決方法
問題描述
用ANSYS計算預應力混凝土非線性有限元問題時，混凝土采用三維Solid單元，預應力鋼筋采用線性的Link單元。常規做法是分別建模，用耦合的方法使鋼筋和混凝土單元協調工作。
于是，問題出現了，當二維單元和三維單元進行耦合的時候，在耦合點處“天然出現應力集中現象”，而且應力集中對整體有限元計算精度的影響隨著單元尺度劃分的不同而不同。
作者還提供的對比計算結果如下：
原因分析
1.沿梁縱向，恰好也是鋼筋線性單元的布置方向，所以此方向上的應力和跨中撓度受單元劃分尺度影響很小；
2.沿梁豎向，曲線預應力有豎彎構造時，單元劃分尺度對豎向應力影響較大；
3.沿梁橫向，曲線預應力有橫彎構造時，單元劃分尺度對豎向應力影響較大；
4.當曲線預應力鋼筋的彎折半徑較小時，彎折區域應力集中可能會對計算結果有較大影響。
解決方案
作者提出了一個解決方案：用三維Solid單元代替二維單元模擬預應力鋼筋。并且通過對比計算得出以下結論：
1.沿跨度縱向方向”當單元劃分尺度適宜時”單元劃分尺度變化對于特征應力影響微乎其微；
2.沿截面豎向方向”單元劃分尺度變化時”其應力相對變化率約在5%以內；
3.沿截面橫向方向”單元劃分尺度變化時”其應力相對變化率約在10%以內，當單元劃分尺度選取適宜時”其應力相對變化率可控制在
5%左右。
至此，耦合產生的應力集中問題基本解決。
展開 ABAQUS中定義混凝土的塑性損傷本構、鋼筋和混凝土之間的粘接滑移，模擬拉拔鋼筋時受拉短柱的應力分布 ￥50
1.jpg
5.jpg
3.jpg
2.jpg
6.jpg
ANSYS鋼筋混凝土結構開裂計算介紹 附ANSYS土木工程應用實例下載
以懸臂梁為例，該懸臂梁長10m，截面如圖1所示，尺寸為0.6m×0.5m，鋼筋直徑20mm，混凝土保護層厚40mm。混凝土參數（國際單位制）：彈模E=28.848E9, 泊松比m=0.2, 密度D=2600，鋼筋參數：E=200E9,m=0.3, D=7800。
圖1 截面
2.1．CivilFEM開裂靜力分析
圖2為CivilFEM定義的截面，計算采用梁單元beam54（在CivilFEM中beam54、beam44梁單元可以進行非線性計算），CivilFEM在定義梁單元截面后自動計算beam54單元的實常數，無需用戶輸入。圖3為實際形狀顯示的懸臂梁模型。
梁一端固支，一端施加Y向力，考慮圖4所示可變載荷，最大為1500N，最小為-1500N，計算變化載荷作用下梁的開裂，以驗證CivilFEM開裂計算可以考慮這種交變載荷情況。
計算沒有考慮混凝土抗拉強度，并進行靜力分析。
圖4 可變載荷
圖5為載荷達到1500N時固端截面混凝土部分的正應力，紅色區域即為開裂區。圖6為相應的鋼筋正應力。混凝土不抗拉，受壓區混凝土最大壓應力為-0.74MPa，受壓鋼筋應力為-3.60MPa，受拉鋼筋應力為15.27MPa， 拉裂區應力全部由鋼筋承擔。
圖7為載荷達到-1500N時固端截面混凝土部分的正應力，圖8為相應的鋼筋正應力。受壓區混凝土最大壓應力為-0.81MPa，受壓鋼筋應力為-3.41MPa，受拉鋼筋應力為22.40MPa， 拉裂區應力全部由鋼筋承擔。
展開 鋼筋混凝土梁三點彎曲模擬ANSYS/ls-dyna ￥5
對于鋼筋混凝土梁三點彎曲模型而言，整體模型較為簡便，可直接通過ls-prepost生成混凝土梁及鋼筋（分離式或共節點）。
主要技術參數是通過BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID來控制鋼板的強制位移來使混凝土梁充分受力，同時也需要對支撐板與梁之間的接觸進行合理設置。
其他主要關鍵字如下：
*CONTROL_TERMINATION
*DATABASE_BINARY_D3PLOT
*DATABASE_FORMAT
*DATABASE_EXTENT_BINARY
*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID
*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE
*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE
鋼筋受力云圖如下所示：
展開 
ansys workbench鋼筋混凝土建模方法
更新晚了點，最近忙于加固項目，所以優先學習了下WB鋼筋混凝土模擬方法，奈何資料太少，所以更新拖了兩周。
首先說明下，比較少接觸鋼筋混凝土的理論分析或試驗，本文主要是一個學習的過程，可能很多說法存在問題，但是本文所提及的模型都是一步一步做過的，數據也是盡可能的準確，如有錯誤，歡迎指正。如果某個模型較多人感興趣，再出一期詳細的。
參考文獻：1、周炬《Ansys Workbench有限元分析實例詳解》2、公眾號：搬磚2號叉會腰3、公眾號：ansys結構院4、ansys官方、YouTube等資料。
本文小結:
1、 Mw或DPC+HSD模型，可以說是官方首推的方法，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，鋼筋與混凝土節點自動耦合），和《混規》GB50010的本構模型相比，DP模型區分了彈性段，強化段，軟化段，殘余應力段。未屈服前按照彈性材料處理，屈服后根據用戶選擇的HSD模型進行計算。中國規范中在峰值拉壓應變前后本構模型為冪函數，HSD模型中的Expotential HSD和中國規范為接近，實際中既可以采用指數函數的HSD也可以采用線性的HSD來進行計算。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，優于solid65（壓根就沒有），Mw或DPC（通常采用solid185、186），之前看到一個消息，說官方不建議在wb中使用，但是我用WB2024R1測試，沒啥問題，可以與renif單元聯合使用，相比方法1，需要在WB中插入命令流。
展開 ANSYS鋼筋混凝土建模方法概述
利用大型通用有限元軟件ANSYS進行鋼筋混凝土結構的建模、計算分析、結果處理是目前針對鋼筋混凝土進行數值模擬的重要步驟。如何采用ANSYS進行鋼筋混凝土建模，能否把握有限元模型的可行性、合理性是將有限元理論應用到實際工程中較為關鍵的一環。
按照目前在建模中對鋼筋的處理方式，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，現略做總結如下。
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65單元進行實常數的設置來考慮鋼筋對混凝土結構的作用。這種方法將鋼筋彌散于整個單元中，并視單元為連續均勻材料。與其他方法比較，整體式建模的單元剛度矩陣綜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，在建模之前，應首先求得單元各個方向的配筋率，并設置實常數，一般適用于體量較大，配筋比較規整的鋼筋混凝土結構。整體式建模所得計算結果對比實驗來講，其計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驗相比誤差較大。但采用整體建模方法的主要好處是能有效避免因為單元細分導致的應力奇異問題，有利于提高整體計算的收斂性性能。
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，如果認為結構在受外部荷載作用時，鋼筋與混凝土在相互約束情況下會產生相對滑移，這時可以在鋼筋與混凝土之間添加粘結單元來模擬鋼筋與混凝土之間的粘結與滑移，一般采用非線性彈簧conbin39。
展開 ANSYS鋼筋混凝土（一）整體式建模
且整體式模型任然能得到較為合理的裂縫預測圖與彌散的鋼筋應力云圖。
裂縫預測圖
彌散鋼筋應力云圖
案例命令流文件免費分享，可關注本人公眾號“PANTSU CAE”
將本文分享到朋友圈并截圖向后臺索取
ANSYS鋼筋混凝土結構開裂計算介紹
4．結論
鋼筋混凝土開裂分析中，針對不同的結構可采用不同的ANSYS技術，對于梁結構，可以直接用CivilFEM非線性混凝土模塊進行開裂計算，快速而準確。對于不適于梁的結構，可以采用SOLID65單元和BEAM188單元以及耦合方程技術進行任意實體結構的開裂分析。
通過適當的設置，可以保證計算收斂，得到合理的結果。
本文算例比較的結果不僅反映了方法可行，而且說明精度也是足夠的。
懸臂梁由于其特殊性，是屬于開裂計算中比較難以處理的一種結構，這里得到了比較合理的結果，這說明對于其它類型的結構，ANSYS技術同樣是可以處理的。
來源：ANSYS學習與應用
展開 ansys之——混凝土鋼筋怎樣建模
定義應力表
plls,sigi,sigi,1 !繪制上述應力
plnsol,s,z,0,1 !繪制Z方向的應力
/device,vector,on
ANSYS/LS-dyna侵徹爆炸鋼筋單元及方向點選取 ￥50
視頻是關于如何畫鋼筋，怎么導入ansys，如何選取侵徹爆炸中單元類型，如何選取鋼筋方向點，何如畫鋼筋網格的。
關于Ansys的鋼筋混凝土建模的，理論性很強！
美國好幾位土木與結構的博士寫的，理論很深入，估計對大家進行鋼筋混凝土的建模會很有幫助。本人已經不搞這行了，現在把這個東西貢獻出來，希望對大家有所幫助！
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（粘結滑移）
上次介紹了ANSYS中模擬鋼筋混凝土構件的分離式建模方法，鋼筋和混凝土之間的相互作用關系是共節點。而實際上，鋼筋與其附近的混凝土之間存在粘結-滑移的關系。
本文介紹下一種ANSYS中鋼筋混凝土模擬的一種進階方法——分離式建模（考慮粘結滑移）
粘結-滑移作用通過在重合的鋼筋和混凝土節點上添加非線性彈簧combin39來考慮。這意味著在建立幾何模型和劃分網格時，需要注意以下兩點：
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 混凝土梁體的節點位置需要和鋼筋節點位置相重合（或接近），這意味著劃分網格時，需要協調兩者的單元尺寸。
混凝土與鋼筋節點位置重合（或靠近）
對于鋼筋混凝土梁，一般來說只需對縱筋考慮粘結-滑移作用。因此對位置重合的鋼筋和混凝土節點，在梁截面的兩個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滑移關系（注意要乘以單元長度）。這個粘結滑移關系有大量可供參考的規范和文獻，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，使用考慮粘結滑移的分離式建模方法模擬，此次計算中不考慮箍筋的建模。
鋼筋混凝土梁尺寸簡圖
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循環，自動地對重合的混凝土和鋼筋節點施加耦合作用和非線性彈簧單元：
!彈簧實常數定義
!定義的實際是F-X曲線上的關鍵點坐標（x，F）
!
展開 ANSYS鋼筋混凝土（二）分離式建模（共節點）
對某一鋼筋線進行賦值
Allsel,all
Type,2
Real,2
Mat,3
lsel,s,loc,x,30
lsel,r,loc,y,30
lsel,u,loc,z,0,75
latt,3,2,2
Lesize,all,25
lmesh,all
03 計算結果
采用分離式建模（共節點）可以詳細地考慮鋼筋的作用，并且可以得到詳細的鋼筋籠應力云圖，是一種難易度和精細度適中的鋼筋混凝土構件模擬方法。
鋼筋網應力云圖
混凝土裂縫預測圖
案例命令流文件免費分享，可關注本人公眾號“PANTSU CAE”
將本文分享到朋友圈并截圖向后臺索取
展開 基于ANSYS的鋼筋混泥土復合墻板力學性能分析
定義tb,concr
matnum后僅僅是定義了混凝土的破壞準則和默認的本構關系，即W—W破壞準則（即混凝土開裂和壓碎前均為線性的應力應變關系，而開裂和壓碎后采用其給出的本構關系）。屈服準則可另外定義，隨材料的應力應變關系，在ANSYS里面有雙線性隨動強化模型、多線性隨動強化模型，雙線性等效強化模型、多線性等效強化模型。
本文混泥土的屈服準則選用的是多線性隨動強化模型，定義了混泥土模型的應力應變曲線；而鋼筋的屈服準則選用的是雙線性隨動強化模型。混泥土的應力應變曲線如圖2所示。
圖2 混泥土多線性隨動強化模型應力-應變曲線
網格的劃分中，如果是分離式模型，則混泥土節點需要與鋼筋節點采用耦合，或者利用相同的節點方式進行連接。考慮到收斂問題，一般混泥土的網格尺寸不應小于5mm。
本文采用共用節點的方式進行solid65單元和beam188單元的劃分，beam188單元在定義的時候需要定義實常數，即梁單元橫截面相關的幾何參數。Solid65單元采用六面體網格化分方法，劃分時單元尺寸設置為30mm，網格劃分效果如下圖3所示。
圖3 網格劃分示意圖 （a）solid65單元（b）beam188單元
三、載荷的加載
對于ANSYS求混泥土的極限載荷有兩種加載方式：
力加載：通過對應的方法（比如特征值屈曲）估計結構的極限載荷的大致范圍，然后給結構施加一個稍大的載荷，打開自動載荷步二分法進行非線性靜力分析，最后計算會因不收斂而終止，則倒數第二個子步對應的就是結構的極限載荷；另外也可以采用弧長法，采用足夠的步數（弧長法一直可以分析到極限載荷承載力之后的過程）同樣可以從繪制的載荷位移曲線或計算結果中找出結構的極限載荷。
展開 基于ANSYS的鋼筋混泥土復合墻板力學性能分析
定義tb,concr matnum后僅僅是定義了混凝土的破壞準則和默認的本構關系，即W—W破壞準則（即混凝土開裂和壓碎前均為線性的應力應變關系，而開裂和壓碎后采用其給出的本構關系）。屈服準則可另外定義，隨材料的應力應變關系，在ANSYS里面有雙線性隨動強化模型、多線性隨動強化模型，雙線性等效強化模型、多線性等效強化模型。
本文混泥土的屈服準則選用的是多線性隨動強化模型，定義了混泥土模型的應力應變曲線；而鋼筋的屈服準則選用的是雙線性隨動強化模型。混泥土的應力應變曲線如圖2所示。
圖2 混泥土多線性隨動強化模型應力-應變曲線
網格的劃分中，如果是分離式模型，則混泥土節點需要與鋼筋節點采用耦合，或者利用相同的節點方式進行連接。考慮到收斂問題，一般混泥土的網格尺寸不應小于5mm。
本文采用共用節點的方式進行solid65單元和beam188單元的劃分，beam188單元在定義的時候需要定義實常數，即梁單元橫截面相關的幾何參數。Solid65單元采用六面體網格化分方法，劃分時單元尺寸設置為30mm，網格劃分效果如下圖3所示。
圖3 網格劃分示意圖 （a）solid65單元（b）beam188單元
三、載荷的加載
對于ANSYS求混泥土的極限載荷有兩種加載方式：
力加載：通過對應的方法（比如特征值屈曲）估計結構的極限載荷的大致范圍，然后給結構施加一個稍大的載荷，打開自動載荷步二分法進行非線性靜力分析，最后計算會因不收斂而終止，則倒數第二個子步對應的就是結構的極限載荷；另外也可以采用弧長法，采用足夠的步數（弧長法一直可以分析到極限載荷承載力之后的過程）同樣可以從繪制的載荷位移曲線或計算結果中找出結構的極限載荷。
展開 