ANSYS混凝土收縮徐變

1、ANSYS和MIDAS混凝土徐變模擬比較簡述：本文主要對比ANSYS和MIDAS這兩種有限元軟件在模擬混凝土收縮徐變上的差異,包括計算精度、計算方式、計算時間等方面。計算模型為10m長白CC50方形柱頂施加1kN的集中力，柱截面為1mX1m。1. 混凝土徐變混凝土徐變是混凝土結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下隨著時間的增長混凝土中產(chǎn)生的應變變化目前尚未對混凝土徐變有比較統(tǒng)一的說法，在此不去討論具體有何說法，關鍵在于理解混凝士徐變與應力是有關系的。而通常我們計算結(jié)構(gòu)時大部分是按照線性徐變處理的。2. 混凝土徐變本構(gòu)關系2.1 老化理論本構(gòu)關系根據(jù)迪辛格爾法可知徐變函數(shù)可定義為在to時刻作用于混凝土的單位應力（

2、即q0=1）至時刻t所產(chǎn)生的總應變。如采用徐變系數(shù)4（?砌的第一種定義，則可表示為：如米用第二種定義，則可表不為:3. ANSYS立柱計算模型由于ANSYS并沒有專門板塊來混凝土徐變模擬，故而需要借助金屬蠕變的計算機理來等效模擬混凝土徐變效應。ANSYS提供兩種方法計算徐變：顯式計算和隱式計算。顯式計算需要細分較多的時間步長，計算時間長；隱式計算計算精度高，計算時間短。但是在實踐中也發(fā)現(xiàn)，涉及到單元生死情況時，隱式計算可能出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。下面將會對這兩種方法進行詳細的比較。3.1 ANSYS顯式計算顯式計算對時間步長是有要求的，尤其是在徐變系數(shù)曲線變化劇烈的時間段需要細分子步以減小誤差和幫助收斂

3、。因而，時間步長的劃分方式、時間點的數(shù)目對計算結(jié)果都會有較大的影響。(1) 等間距時間步長和對數(shù)時間步長假設混凝土的齡期是7天，徐變變化速率為0.005,考慮收縮徐變10年（3650天），若3650天時刻的徐變系數(shù)為1,那么按照等間距時間步長劃分，則時間步長間距，（3650-7）/500=7.286。按照對數(shù)時間步長劃分，若采用30個數(shù)據(jù)點，具體數(shù)據(jù)如下所示。表1對數(shù)時間步長數(shù)據(jù)表編號時間編號時間編號時間編號時間編號時間171124.464542185.5019431298.8236411044.36927.9330821227.72562296.8991332338.656421183.58

4、38.9905411331.4213523109.815533383.798431341.349410.188961435.6097324124.453734434.9573441520.147511.547121540.3564225141.04335492.936451722.779613.086321645.7358226159.843736558.6431461952.421714.830691751.8322927181.150437633.1087472212.673816.807581858.741428205.297338717.5005482507.617919.047991

5、966.5714729232.662939813.1415492841.8761021.587042075.4452830263.676340921.5311503650(2) 徐變變化速率徐變變化速率影響著徐變變化曲線的陡緩，將會對不同徐變變化速率值進行比較：0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010。(3) 計算結(jié)果對比兩種時間步長劃分方式和不同徐變變化速率柱頂徐變10年位移計算結(jié)果如下表所示：表2:柱頂徐變10年計算結(jié)果對比(單位：m)徐變變化速率理論值等間距時間步長對數(shù)時間步長計算值相對誤差計算值相對誤差0.0

6、015.721e-75.71e-70.19%5.66e-71.07%0.0025.795e-75.78e-70.26%5.74e-70.95%0.0035.797e-75.77e-70.47%5.75e-70.81%0.0045.797e-75.77e-70.47%5.75e-70.81%0.0055.797e-75.76e-70.64%5.74e-70.98%0.0065.797e-75.75e-70.81%5.74e-70.98%0.0075.797e-75.74e-70.98%5.74e-70.98%0.0085.797e-75.74e-70.98%5.74e-70.98%0.0095.

7、797e-75.73e-71.16%5.74e-70.98%0.0105.797e-75.72e-71.33%5.74e-70.98%從上表可以看出，不同的時間步劃分方式對結(jié)果產(chǎn)生較大的差異，等距時間步長隨著徐變變化速率的增大精度不斷降低，對數(shù)時間步長則隨著徐變變化速率的增大精度先上升后趨于平穩(wěn)。且對數(shù)時間步長的計算時間要短，精度也能滿足工程要求，且在較大徐變變化速率區(qū)間，采用對數(shù)時間步長更容易獲得較好結(jié)果。故而，建議采用對數(shù)時間步長進行顯式計算。3.2 ANSYS隱式計算隱式計算也需要區(qū)分等間距時間步長和對數(shù)時間步長兩種劃分方式。不過這里不對隱式計算進行詳細的探討，光是一個簡單的立柱還不能夠

8、說清楚ANSYS模擬徐變問題。下面將會討論考慮施工過程的兩端固結(jié)梁的徐變問題。4. ANSYS兩端固結(jié)梁計算模型只考慮顯式計算。仍然考慮等間距劃分和對數(shù)劃分兩種方式，比較這兩種劃分方式的計算結(jié)果、收斂情況、計算耗時等。此處附上顯式計算命令流，不作詳細說明，因為顯式計算碰到收斂問題無法解決！!計算懸臂梁轉(zhuǎn)化為固定梁的徐變效應finish/clear/prep7Ec=3.45e10!timearray*dim,tt,array,50,1*vread,tt(1),tt1,txt(1F8.3)!creepcoefficient=0.005nn=50*dim,fi,array,nn,1*do,i,1,n

9、nfi(i)=1-2.7182818*(-0.005*(tt(i)-7)*enddo*dim,C1,array,nn,1f1=0k1=3dt=0C1(i)=(fi(i)-f1)/(1+fi(i)/(tt(i)-dt)f1=fi(i)dt=tt(i)mp,ex,k1,Ecmp,prxy,k1,0.2tb,creep,k1tbdata,1,C1(i),0,1,0k1=k1+2*enddo*dim,C2,array,nn,1f1=0k2=4dt=0*do,i,1,nnC2(i)=2*(fi(i)-f1)/(1+2*fi(i)/(tt(i)-dt)f1=fi(i)dt=tt(i)mp,ex,k2,Ec

10、mp,prxy,k2,0.2tb,creep,k2tbdata,1,C2(i),0,1,0k2=k2+2*enddoet,1,23keyopt,1,6,0r,1,1,1/12,1!左邊材料屬性mp,ex,1,Ectb,creep,1tbdata,1,0,0,0,0!右邊材料屬性mp,ex,2,Ecmp,prxy,2,0.2tb,creep,2tbdata,1,0,0,0,0!建立有限元模型*do,i,1,19n,i,(i-1)/2*enddo*do,i,1,19n,i+19,(i-1)/2+9*enddotype,1mat,1*do,i,1,18e,i,i+1*enddotype,1mat,2

11、*do,i,18,35e,i+2,i+2+1*enddod,1,alld,38,allesel,s,1,18sfbeam,all,pres,1000esel,s,19,36sfbeam,all,pres,1000/soluoutres,all,allallsel,allcrplim,0.25bfunif,temp,100time,1e-6solvek1=3k2=4*do,i,1,nnesel,s,1,18mpchg,k1,allk1=k1+2allsel,allesel,s,19,36mpchg,k2,allk2=k2+2allsel,alltime,tt(i)nsubst,10solve*e

12、nddo隱式計算命令流如下：!計算懸臂梁轉(zhuǎn)化為固定梁的徐變效應finish/clear/prep7timearray*dim,tt,array,50,1*vread,tt,tt1,txt(1F8.3)!creepcoefficient=0.005nn=50*dim,fi,array,nn,1*do,i,1,nnfi(i)=1-2.7182818*(-0.005*(tt(i)-7)*enddo*dim,C1,array,nn,1f1=0k1=3dt=0*do,i,1,nnC1(i)=(fi(i)-f1)/Ec/(tt(i)-dt)f1=fi(i)dt=tt(i)mp,ex,k1,Ecmp,prx

13、y,k1,0.2tb,creep,k1,11tbdata,1,C1(i),1,0,0,0k1=k1+2*enddo*dim,C2,array,nn,1f1=0k2=4dt=0f1=fi(i)dt=tt(i)mp,ex,k2,Ecmp,prxy,k2,0.2tb,creep,k2,11tbdata,1,C1(i),1,0,0,0k2=k2+2*enddoet,1,188sectype,1,beam,rect,a1secdata,1,1keyopt,1,1,0keyopt,1,3,3!左邊材料屬性mp,ex,1,Ecmp,prxy,1,0.2tb,creep,1,11tbdata,1,0,0,0,0,0,0!右邊材料屬性mp,ex,2,Ecmp,prxy,2,0.2tb,creep,2,11tbdata,1,0,0,0,0,0,0!建立有限元模型*do,i,1,19n,i,(i-1)/2*enddon,i+19,(i-1)/2+9*enddotype,1mat,1*do,i,1,18e,i,i+1*enddotype,1mat,2*do,i,18,35e,i+2,i+2+1*enddod,1,alld,38,allesel,s,1,18sfbeam,all,pres,1000esel,s,19,36sfbeam,all,pres,1000/soluoutres