ansys 應(yīng)力 混泥土
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-08
ansys 應(yīng)力 混泥土的實(shí)例教程
定義tb,concr matnum后僅僅是定義了混凝土的破壞準(zhǔn)則和默認(rèn)的本構(gòu)關(guān)系，即W—W破壞準(zhǔn)則（即混凝土開裂和壓碎前均為線性的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，而開裂和壓碎后采用其給出的本構(gòu)關(guān)系）。屈服準(zhǔn)則可另外定義，隨材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，在ANSYS里面有雙線性隨動強(qiáng)化模型、多線性隨動強(qiáng)化模型，雙線性等效強(qiáng)化模型、多線性等效強(qiáng)化模型。
本文混泥土的屈服準(zhǔn)則選用的是多線性隨動強(qiáng)化模型，定義了混泥土模型的應(yīng)力應(yīng)變曲線；而鋼筋的屈服準(zhǔn)則選用的是雙線性隨動強(qiáng)化模型。混泥土的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2所示。
圖2 混泥土多線性隨動強(qiáng)化模型應(yīng)力-應(yīng)變曲線
網(wǎng)格的劃分中，如果是分離式模型，則混泥土節(jié)點(diǎn)需要與鋼筋節(jié)點(diǎn)采用耦合，或者利用相同的節(jié)點(diǎn)方式進(jìn)行連接。考慮到收斂問題，一般混泥土的網(wǎng)格尺寸不應(yīng)小于5mm。
本文采用共用節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)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(shí)常數(shù)，即梁單元橫截面相關(guān)的幾何參數(shù)。Solid65單元采用六面體網(wǎng)格化分方法，劃分時單元尺寸設(shè)置為30mm，網(wǎng)格劃分效果如下圖3所示。
圖3 網(wǎng)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(yīng)的方法（比如特征值屈曲）估計(jì)結(jié)構(gòu)的極限載荷的大致范圍，然后給結(jié)構(gòu)施加一個稍大的載荷，打開自動載荷步二分法進(jìn)行非線性靜力分析，最后計(jì)算會因不收斂而終止，則倒數(shù)第二個子步對應(yīng)的就是結(jié)構(gòu)的極限載荷；另外也可以采用弧長法，采用足夠的步數(shù)（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(jì)算結(jié)果中找出結(jié)構(gòu)的極限載荷。
展開 定義tb,concr
matnum后僅僅是定義了混凝土的破壞準(zhǔn)則和默認(rèn)的本構(gòu)關(guān)系，即W—W破壞準(zhǔn)則（即混凝土開裂和壓碎前均為線性的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，而開裂和壓碎后采用其給出的本構(gòu)關(guān)系）。屈服準(zhǔn)則可另外定義，隨材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，在ANSYS里面有雙線性隨動強(qiáng)化模型、多線性隨動強(qiáng)化模型，雙線性等效強(qiáng)化模型、多線性等效強(qiáng)化模型。
本文混泥土的屈服準(zhǔn)則選用的是多線性隨動強(qiáng)化模型，定義了混泥土模型的應(yīng)力應(yīng)變曲線；而鋼筋的屈服準(zhǔn)則選用的是雙線性隨動強(qiáng)化模型。混泥土的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2所示。
圖2 混泥土多線性隨動強(qiáng)化模型應(yīng)力-應(yīng)變曲線
網(wǎng)格的劃分中，如果是分離式模型，則混泥土節(jié)點(diǎn)需要與鋼筋節(jié)點(diǎn)采用耦合，或者利用相同的節(jié)點(diǎn)方式進(jìn)行連接。考慮到收斂問題，一般混泥土的網(wǎng)格尺寸不應(yīng)小于5mm。
本文采用共用節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)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(shí)常數(shù)，即梁單元橫截面相關(guān)的幾何參數(shù)。Solid65單元采用六面體網(wǎng)格化分方法，劃分時單元尺寸設(shè)置為30mm，網(wǎng)格劃分效果如下圖3所示。
圖3 網(wǎng)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(yīng)的方法（比如特征值屈曲）估計(jì)結(jié)構(gòu)的極限載荷的大致范圍，然后給結(jié)構(gòu)施加一個稍大的載荷，打開自動載荷步二分法進(jìn)行非線性靜力分析，最后計(jì)算會因不收斂而終止，則倒數(shù)第二個子步對應(yīng)的就是結(jié)構(gòu)的極限載荷；另外也可以采用弧長法，采用足夠的步數(shù)（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(jì)算結(jié)果中找出結(jié)構(gòu)的極限載荷。
展開 最近看文獻(xiàn)，偶然看到了長沙大學(xué)黃文雄的一篇文章《混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析中預(yù)應(yīng)力筋模擬的新思考》，挺有意思，在此拆解分享，點(diǎn)擊上面的文章標(biāo)題可以去CNKI下載(沒有數(shù)據(jù)庫支持的朋友可以給我發(fā)郵件)。
問題描述
用ANSYS計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土非線性有限元問題時，混凝土采用三維Solid單元，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用線性的Link單元。常規(guī)做法是分別建模，用耦合的方法使鋼筋和混凝土單元協(xié)調(diào)工作。
于是，問題出現(xiàn)了，當(dāng)二維單元和三維單元進(jìn)行耦合的時候，在耦合點(diǎn)處“天然出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象”，而且應(yīng)力集中對整體有限元計(jì)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(jì)算結(jié)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(yīng)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(yù)應(yīng)力有豎彎構(gòu)造時，單元劃分尺度對豎向應(yīng)力影響較大；
3.沿梁橫向，曲線預(yù)應(yīng)力有橫彎構(gòu)造時，單元劃分尺度對豎向應(yīng)力影響較大；
4.當(dāng)曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋的彎折半徑較小時，彎折區(qū)域應(yīng)力集中可能會對計(jì)算結(jié)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(yù)應(yīng)力鋼筋。并且通過對比計(jì)算得出以下結(jié)論：
1.沿跨度縱向方向”當(dāng)單元劃分尺度適宜時”單元劃分尺度變化對于特征應(yīng)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(yīng)力相對變化率約在5%以內(nèi)；
3.沿截面橫向方向”單元劃分尺度變化時”其應(yīng)力相對變化率約在10%以內(nèi)，當(dāng)單元劃分尺度選取適宜時”其應(yīng)力相對變化率可控制在
5%左右。
至此，耦合產(chǎn)生的應(yīng)力集中問題基本解決。
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復(fù)合墻板作為建筑結(jié)構(gòu)中的主要保護(hù)構(gòu)件，既要承擔(dān)載荷的作用，還要阻隔室內(nèi)室外的熱交換。研發(fā)墻體的力學(xué)性能以及熱工性能，可為墻板的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供有力的依據(jù)。
本文在基于前章對墻板熱學(xué)性能模擬分析的基礎(chǔ)上，采用ANSYS有限元分析軟件對墻板的力學(xué)性能進(jìn)行模擬分析。
本文的模型采用的為夾心墻體，單元采用固體單元和梁單元，材料選用混泥土和鋼筋材料，得到了夾心墻體力與位移載荷的曲線，同時得到極限抗彎強(qiáng)度
復(fù)合墻板作為建筑結(jié)構(gòu)中的主要保護(hù)構(gòu)件，既要承擔(dān)載荷的作用，還要阻隔室內(nèi)室外的熱交換。研發(fā)墻體的力學(xué)性能以及熱工性能，可為墻板的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供有力的依據(jù)。本文在基于前章對墻板熱學(xué)性能模擬分析的基礎(chǔ)上，采用ANSYS有限元分析軟件對墻板的力學(xué)性能進(jìn)行模擬分析。
本文的模型采用的為夾心墻體，單元采用固體單元和梁單元，材料選用混泥土和鋼筋材料，得到了夾心墻體力與位移載荷的曲線，同時得到極限抗彎強(qiáng)度
最近看文獻(xiàn)，偶然看到了長沙大學(xué)黃文雄的一篇文章《混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析中預(yù)應(yīng)力筋模擬的新思考》，挺有意思，在此拆解分享，點(diǎn)擊上面的文章標(biāo)題可以去CNKI下載(沒有數(shù)據(jù)庫支持的朋友可以給我發(fā)郵件)。
問題描述
用ANSYS計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土非線性有限元問題時，混凝土采用三維Solid單元，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用線性的Link單元。常規(guī)做法是分別建模，用耦合的方法使鋼筋和混凝土單元協(xié)調(diào)工作。
