鋼筋混凝土仿真的案例
鋼筋混凝土爆炸破壞仿真
鋼筋混凝土爆炸破壞仿真
基于abaqus中cohesive單元的鋼筋混凝土粘接性能仿真（2D模型） ￥1
鋼筋混凝土結構由于其良好的工作性能和多式多樣的結構形式在工程中得到了廣泛的應用。鋼筋混凝土結構的數值仿真與設計與其界面力學性能緊密相關，因此，基于數值仿真的鋼筋混凝土界面力學性能研究對結構的安全性具有重要意義。考慮混凝土界面受力的復雜性，采用雙線性內聚力單元（cohesive element）,建立鋼筋拉拔試驗模型。分為以下三個部分：1）cohesive element介紹；2）基于Abaqus的cohesive element建模；3）分析。
1）Cohesive element
對于鋼筋-混凝土界面，存在兩種界面形式，左邊為剪切型，右邊為張拉型（雙線性模型）。
實現雙線性模型，需要定義彈性模量、損傷準則。。Abaqus 的Damage for traction separation laws 中包括：Quade Damage、Maxe Damage、Quads Damage、Maxs Damage、Maxpe Damage、Maxps Damage 六種初始損傷準則，其中前四種用于一般復合材料分層模擬，后兩種主要是在擴展有限元法模擬不連續體（比如crack 問題）問題時使用。
2）鋼筋混凝土拉拔模型
建模：鋼筋直徑2cm，混凝土圓柱直徑20cm，高40cm，建立軸對稱模型。
創建材料屬性：
展開 Abaqus 光圓鋼筋混凝土拉拔案例教學 ￥9.99
1、 引言
本教學聚焦于土木工程中鋼筋與混凝土的粘結性能領域，通過 Abaqus 有限元分析軟件開展光圓鋼筋混凝土拉拔過程仿真建模實踐教學。課程以典型拉拔工況為對象，系統講解從幾何建模、材料定義、網格劃分到載荷施加及結果分析的全流程操作。
2、 幾何模型與材料參數
（1） 模型構建：
本教學中涉及的部件模型均通過 abaqsu軟件自帶的制圖功能繪制。鑒于課程核心聚焦于方法講解，因此不再展開闡述部件建模的具體操作環節，重點圍繞仿真分析流程進行詳細拆解與演示。
圖1鋼筋部件（直徑為12mm，長度為500mm）
圖2 混凝土構件（長、寬、高均為150mm）
（2） 材料屬性：
定義混凝土和鋼筋的力學參數（如彈性模量、泊松比、屈服強度等），考慮混凝土材料的非線性特性以及鋼筋的塑性行為。同時，定義鋼筋與混凝土界面的粘結滑移參數。
圖3 C30混凝土材料屬性
圖4 鋼筋屬性構建
圖5 鋼筋-混凝土接觸屬性
（3） 網格劃分
對鋼筋與混凝土接觸界面附近區域進行局部網格加密，混凝土和鋼筋均采用采用 C3D8R：八結點線性六面體單元，減縮積分，沙漏控制。
圖6 混凝土網格劃分和單元類型
圖7 鋼筋網格劃分和單位類型
3、 分析步設置
分析類型：靜力，通用分析步中，設定分析時間長度為1。
圖8 設置分析步
6、 計算結果與分析
（1） 應力分布規律
1. 鋼筋應力：鋼筋在拉拔力作用下，應力從加載端向自由端逐漸減小，在界面粘結力的作用下，應力傳遞逐漸衰減。
圖14 鋼筋應力云圖
2. 混凝土應力：混凝土內部會產生徑向和環向應力，在鋼筋周圍一定范圍內應力較大，隨著距離的增加逐漸減小。
展開 鋼筋混凝土特點及其原理 附鋼筋混凝土原理過鎮海文檔下載
鋼筋混凝土是當下最流行的建筑結構，無論是我們的房屋現澆鋼筋混凝土，還是大型建筑物，接下來我們就通過下面的內容，來看看鋼筋混凝土的相關內容介紹。
鋼筋
混凝土怎么樣
鋼筋混凝土中的受力筋含量通常很少，從占構件截面面積的1%（多見于梁板）至6%（多見于柱）不等。鋼筋的截面為圓型。在美國從0.25至1英尺，每級1/8英尺遞增；在歐洲從8至30毫米，每級2毫米遞增；在中國大陸從3至40毫米，共分為19等。
在美國，根據鋼筋中含碳量，分成40鋼與60鋼兩種。后者含碳量更高，且強度和剛度較高，但難于彎曲。在腐蝕環境中，電鍍、外涂環氧樹脂、和不銹鋼材質的鋼筋亦有使用。
鋼筋
混凝土特點
混凝土是水泥（通常硅酸鹽水泥）與骨料的混合物。當加入一定量水分的時候，水泥水化形成微觀不透明晶格結構從而包裹和結合骨料成為整體結構。通常混凝土結構擁有較強的抗壓強度（大約3，000磅/平方英寸，35MPa）。
但是混凝土的抗拉強度較低，通常只有抗壓強度的十分之一左右，任何顯著的拉彎作用都會使其微觀晶格結構開裂和分離從而導致結構的破壞。而絕大多數結構構件內部都有受拉應力作用的需求，故未加鋼筋的混凝土極少被單獨使用于工程。
鋼筋
混凝土原理
鋼筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性質決定的。首先鋼筋與混凝土有著近似相同的線膨脹系數，不會由環境不同產生過大的應力。其次鋼筋與混凝土之間有良好的粘結力，有時鋼筋的表面也被加工成有間隔的肋條（稱為變形鋼筋）來提高混凝土與鋼筋之間的機械咬合，當此仍不足以傳遞鋼筋與混凝土之間的拉力時，通常將鋼筋的端部彎起180 度彎鉤。
展開 
公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范
交通部已發文，《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）作為公路工程行業標準，自2018年11月1日起施行。 文檔:公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范 JTG3362-2018
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
超大型鋼筋混凝土冷卻塔龍卷風致倒塌仿真分析
為了進一步掌握超大型鋼筋混凝土冷卻塔的抵御龍卷風性能，利用同濟大學龍卷風模擬器對高度為215m原型冷卻塔結構縮尺模型進行了風洞試驗；研究了不同渦流比龍卷風對塔殼的風荷載作用，并將其應用于全尺寸有限元模型，模擬了鋼筋混凝土冷卻塔龍卷風致倒塌的全過程，并將考慮非線性倒塌影響的臨界風速與水工規范推薦的屈曲應力狀態法和線性分叉屈曲分析結果進行了比較。研究結果表明，龍卷風渦核半徑位置是使冷卻塔結構遭受龍卷風荷載效應的最不利區域，更容易發生結構倒塌破壞，結構材料塑性失效是龍卷風造成冷卻塔倒塌的關鍵因素。塔殼內側子午向鋼筋受拉破壞導致結構在切向氣流迎風區域出現環向裂縫，裂縫逐漸發展進而引發結構整體倒塌。數值仿真分析記錄了塔殼不同失效階段的裂縫發展情況，量化了結構固有頻率的和振型的演變過程，詳細評估了鋼筋混凝土冷卻塔抵御龍卷風的抗風性能。
Abstract
Wind loads are a predominant design factor for the gravity, thermal effects, and seismic actions of thin-walled super-large cooling towers.
展開 利用Workbench-Explicit進行平板撞擊鋼筋混凝土靶板的仿真 ￥50
利用workbench可以很方便的建立鋼筋混凝土模型，其中鋼筋采用beam單元，混凝土采用solid單元
1.建立幾何模型如圖所示：
2.賦予材料并進行網格劃分：
3.設置初始條件和邊界。
4.進行計算；
5.進行后處理
當然也可以再autodyn中進行計算和后處理
詳細的操作視頻過程可見附件。
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模、材料模型的精度等多方面的因素。對于全結構規模較大，可將結構離散成桿系單元進行分析。對于復雜區域（梁柱節點）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，則可視為剛性聯結，可以不考慮聯結單元問題。眾所周知，鋼筋混凝土是存在裂縫的(否則鋼筋難以發揮作用)，而開裂必然導致鋼筋和混凝土變形不協調，也就是說必然存在粘結失效和滑移的產生，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。
展開 運用autodyn進行彈丸侵徹C35鋼筋混凝土仿真（truegrid軟件建模）全模型 ￥88
TrueGrid是一種功能強大、易學 的網格生成軟件，它可以方便快捷地生成優化的、高質量的、多塊結構的六面體網格模型，非常適合為有限差分和有 限元軟件做前處理。
本文運用truegrid軟件進行彈丸建模，生成.zon格式文件，隨后導入autodyn，以一定速度對鋼板進行侵徹。
附件有truegrid學習資料及本文建模程序。
Abaqus應用之鋼筋混凝土篇 ￥9.99
鋼筋模型類型
1.1 理想彈塑性模型
在Abaqus中，可以通過直接在塑性部分輸入屈服應力對應的屈服應變來定義理想彈塑性模型。例如，Q345B鋼材的屈服強度為345MPa，極限抗拉強度可以達到510-600MPa。在Abaqus中，可以取第一個點為(345,0)，第二個點可以設為(551,0.1)，使得兩個點之間的斜率為0.01Es（鋼材的彈性模量）。
1.2 雙折線模型
雙折線模型是鋼筋混凝土模擬中常用的一種簡化模型。在Abaqus中，鋼筋可以通過線單元（Wire）建模，然后將鋼筋嵌入（embed）混凝土梁中。這種方法簡潔高效，被大多數學者采納。然而，這種方法在模擬鋼筋和混凝土之間的粘結滑移時可能不夠精確。
1.3 三折線模型
三折線模型考慮了鋼筋的屈服階段，可以更準確地模擬鋼筋的滯回行為。在Abaqus中，可以通過用戶自定義的UMAT子程序來實現這種模型。例如，清華大學曲哲提出的改進的Clough鋼筋滯回本構模型，可以在反向再加載時，指向按卸載剛度加載至歷史最大點對應的應力的0.2倍，再指向歷史最大點，從而考慮鋼筋加載-卸載-反向加載過程產生的包辛格效應。
2. 鋼筋與混凝土的相互作用
2.1 粘結滑移關系
鋼筋和混凝土之間的粘結滑移關系是模擬鋼筋混凝土結構的關鍵。在Abaqus中，可以通過設置二者交界面處的牽引分離本構模型來模擬這種關系。例如，基于Abaqus的三種鋼筋混凝土梁數值模擬對比研究表明，將鋼筋通過實體單元建模，并在實體鋼筋和混凝土梁連接界面設置相應粘結本構，可以更真實地模擬鋼筋混凝土梁內部的實際受力狀態。
2.2 損傷塑性模型
Abaqus中的混凝土損傷塑性（CDP）模型能夠描述材料在循環加載和動態加載條件下的力學響應。
展開 
鋼筋混凝土柱(鋼筋Rebar Layer)及剪力-彎矩輸出
這個小實例的基礎上的，仍然是針對 初學者 的小實例，
【模型簡介】：
1、混凝土柱子，截面尺寸500mm*500mm，高度4.5m；混凝土保護層厚度取20mm；
2、荷載，在頂部施加F=5000N的集中力；在柱子頂部建立參考點，與柱子Coupling 耦合，以施加荷載。
3、材料屬性：假定混凝土和鋼筋均處于彈性階段；材料屬性定義時只輸入 密度，彈性模型E和泊松比；
4、鋼筋配筋，8根，HRB335鋼筋，直徑20mm；采用Rebar Layer 箱型截面鋼筋層，并Embed到混凝土實體單元中。
5、輸出荷載-位移曲線：在History Output中輸出施加荷載點的集中力CF和位移U，后處理繪制出荷載-位移曲線；
6、剪力和彎矩的輸出：采用Standard implicit 隱式計算，在INP文件進行*section print，將剪力和彎矩輸出到 dat文件。
展開 鋼筋混凝土梁—鋼筋-箍筋T3D2單元-基本建模實例
混凝土保護層取20mm
2、混凝土：采用幫助文檔 abaqus verification manual 2.2.24提供的本構模型數據，強度應該在C20-C30之間。
3、鋼筋：
1）縱向受力筋：模型中代號Zongjin，梁上部配筋2根，梁下部3根直徑20，HRB335；
2）箍筋，直徑8@200。模型中代號Gujin
4、模型采用的單位制：國際單位制，m，s，kg，pa ，N
把模型的CAE文件、inp文件和ODB文件附在這里
鋼筋混凝土梁—CAE-INP-ODB文件.rar
模型一：
混凝土梁：實體solid單元，C3D8R，一次縮減積分實體單元。
鋼筋均采用T3D2 Truss單元。
模型一：
混凝土梁：實體solid單元，C3D8R，一次縮減積分實體單元。
鋼筋均采用T3D2 Truss單元。
展開 混凝土中鋼筋的電化學腐蝕模擬 ￥1000
混凝土中鋼筋的腐蝕是指鋼筋與混凝土中的水和氧氣反應，導致鋼筋表面產生氧化物，進而引發鋼筋的腐蝕和破壞。混凝土中的水和氧氣是腐蝕的主要因素之一。當水滲入混凝土中的微縫隙和孔隙時，可以與鋼筋表面的氧氣反應，形成氧化物。這個過程是一個電化學過程，涉及到陰極和陽極反應。鋼筋在環境中處于陰極的區域，而氧氣反應位于陽極的區域。在這種電化學反應中，鋼筋表面上的氧化物會導致鋼筋的腐蝕和銹蝕。
本案例建立了一鋼筋混凝土結構簡化模型，基于COMSOL軟件中的三次電流分布模塊和固體力學模塊，仿真模擬得到了鋼筋氧化腐蝕過程中的電化學場、鋼筋的腐蝕層厚度以及破壞區域變化，仿真結果如圖所示：
電化學場
腐蝕層厚度
腐蝕破壞區域
感興趣的朋友，歡迎交流模型！
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，為鋼筋混凝土結構的分析提供了手段，比較老牌的方法，比較靠譜。但該單元計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。只支持與link180單元一同使用，鋼筋與混凝土單元需要共節點，因此復雜結構，網格劃分存在一些難度。
4、粘結滑移的模擬，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。在普通的鋼筋混凝土構件計算中考慮粘結滑移作用多此一舉，若研究課題中，鋼筋和混凝土間的粘結-滑移作用本身就是重點或者參數之一，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 