ANSYS混凝土收縮徐變

ANSYS和MIDAS混凝土徐變模擬比較簡(jiǎn)述:本文主要對(duì)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(jì)算精度、計(jì)算方式、計(jì)算時(shí)間等方面。計(jì)算模型為10m長(zhǎng)的C50方形柱頂施加1kN的集中力，柱截面為1mX1m?；炷列熳兓炷列熳兪腔炷两Y(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期荷載作用下隨著時(shí)間的增長(zhǎng)混凝土中產(chǎn)生的應(yīng)變變化目前尚未對(duì)混凝土徐變有比較統(tǒng)一的說(shuō)法，在此不去討論具體有何說(shuō)法，關(guān)鍵在于理解混凝土徐變與應(yīng)力是有關(guān)系的。而通常我們計(jì)算結(jié)構(gòu)時(shí)大部分是按照線性徐變處理的?；炷列熳儽緲?gòu)關(guān)系2.1老化理論本構(gòu)關(guān)系根據(jù)迪辛格爾法可知徐變函數(shù)可定義為在t0時(shí)刻作用于混凝土的單位應(yīng)力(即at0=1)至?xí)r刻t所產(chǎn)生的總應(yīng)變。如采用徐變系數(shù)％機(jī)0)的第一種定義，則可表示為：L+外%熟%)如米用第二種定義，則可表示為：ANSYS立柱計(jì)算模型由于ANSYS并沒有專門板塊來(lái)混凝土徐變模擬，故而需要借助金屬蠕變的計(jì)算機(jī)理來(lái)等效模擬混凝土徐變效應(yīng)。ANSYS提供兩種方法計(jì)算徐變：顯式計(jì)算和隱式計(jì)算。顯式計(jì)算需要細(xì)分較多的時(shí)間步長(zhǎng)，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)；隱式計(jì)算計(jì)算精度高，計(jì)算時(shí)間短。但是在實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，涉及到單元生死情況時(shí)，隱式計(jì)算可能出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。下面將會(huì)對(duì)這兩種方法進(jìn)行詳細(xì)的比較。3.1ANSYS顯式計(jì)算顯式計(jì)算對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)是有要求的，尤其是在徐變系數(shù)曲線變化劇烈的時(shí)間段需要細(xì)分子步以減小誤差和幫助收斂。因而，時(shí)間步長(zhǎng)的劃分方式、時(shí)間點(diǎn)的數(shù)目對(duì)計(jì)算結(jié)果都會(huì)有較大的影響。等間距時(shí)間步長(zhǎng)和對(duì)數(shù)時(shí)間步長(zhǎng)假設(shè)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(shí)刻的徐變系數(shù)為1，那么按照等間距時(shí)間步長(zhǎng)劃分，則時(shí)間步長(zhǎng)間距，(3650-7)/500=7.286。按照對(duì)數(shù)時(shí)間步長(zhǎng)劃分，若采用30個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，具體數(shù)據(jù)如下所示。

表1對(duì)數(shù)時(shí)間步長(zhǎng)數(shù)據(jù)表編號(hào)時(shí)間編號(hào)時(shí)間編號(hào)時(shí)間編號(hào)時(shí)間編號(hào)時(shí)間171124.464542185.5019431298.8236411044.36927.9330821227.72562296.8991332338.656421183.5838.9905411331.4213523109.815533383.798431341.349410.188961435.6097324124.453734434.9573441520.147511.547121540.3564225141.04335492.936451722.779613.086321645.7358226159.843736558.6431461952.421714.830691751.8322927181.150437633.1087472212.673816.807581858.741428205.297338717.5005482507.617919.047991966.5714729232.662939813.1415492841.8761021.587042075.4452830263.676340921.5311503650（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(huì)對(duì)不同徐變變化速率值進(jìn)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(jì)算結(jié)果對(duì)比兩種時(shí)間步長(zhǎng)劃分方式和不同徐變變化速率柱頂徐變10年位移計(jì)算結(jié)果如下表所示：表2:柱頂徐變10年計(jì)算結(jié)果對(duì)比（單位:m）徐變變化速率理論值等間距時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)數(shù)時(shí)間步長(zhǎng)計(jì)算值相對(duì)誤差計(jì)算值相對(duì)誤差0.0015.721e-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%0.0095.797e-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(shí)間步劃分方式對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大的差異，等距時(shí)間步長(zhǎng)隨著徐變變化速率的增大精度不斷降低，對(duì)數(shù)時(shí)間步長(zhǎng)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(duì)數(shù)時(shí)間步長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)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(duì)數(shù)時(shí)間步長(zhǎng)更容易獲得較好結(jié)果。

故而，建議采用對(duì)數(shù)時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行顯式計(jì)算。3.2ANSYS隱式計(jì)算隱式計(jì)算也需要區(qū)分等間距時(shí)間步長(zhǎng)和對(duì)數(shù)時(shí)間步長(zhǎng)兩種劃分方式。不過這里不對(duì)隱式計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)的探討，光是一個(gè)簡(jiǎn)單的立柱還不能夠說(shuō)清楚ANSYS模擬徐變問題。下面將會(huì)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(jì)算模型只考慮顯式計(jì)算。仍然考慮等間距劃分和對(duì)數(shù)劃分兩種方式，比較這兩種劃分方式的計(jì)算結(jié)果、收斂情況、計(jì)算耗時(shí)等。C1(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,Ecmp,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,Ec

隱式計(jì)算命令流如下:

f1=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.