FEA花瓶墩實體仿真分析

技術(shù)中心

-

鄭偉

花

瓶

墩

實

體

仿

真

分

析北京邁達斯技術(shù)有限公司目

錄1234建網(wǎng)邊查立格界看實劃荷結(jié)體分載果建模流程案

例

圖

紙FEA

建

模

思

路分析結(jié)果

內(nèi)力

應力

變形

反力剛

度

邊

界荷

載材料、截面、節(jié)點單元

外部邊界、內(nèi)部邊界自重、二期預應力荷載

收縮徐變

溫度荷載支座沉降移動荷載設計結(jié)果承載能力正常使用彈性階段建模流程PSC

RC施工成橋求解前處理后處理驗算具體流程建模流程幾

何

體

的

組

成

思

路1）橋墩模型2）左視圖裝飾槽3）正視圖裝飾槽4）豎向鋼筋5）箍筋建模流程操

作

注

意

事

項操作前的注意事項：1、模型單位與導入DXF文件的單位不同，需要分別定義2、Ctrl+滑輪鍵，平移模型3、滑輪鍵，旋轉(zhuǎn)模型4、操作上需要經(jīng)常調(diào)整體坐標軸建模流程Ⅰ.

建

立

實

體Ⅰ.

建

模

流

程正視圖左視圖YZ（1，0，0）XZ（1，0，0）1）繪制立面圖和剖斷面對應得正視圖和左視圖，文件類型另存為DXF

用于后續(xù)

擴展實體生

成

橋

墩

實

體

生

成

橋

墩

實

體3）擴展平面生成實體

2點矢量，讓程序計算長度Ⅰ.

建

模

流

程

2）將輪廓線生成平面

建模思路：線

>>

面

>>

體生

成

橋

墩

實

體并集交集Ⅰ.

建

模

流

程4）布爾運算，得到花瓶墩實體生

成

裝

飾

槽移動坐標軸導入左視圖裝飾槽掃描線生成裝飾槽，并鏡像Ⅰ.

建

模

流

程4）移動坐標軸，導入左視圖裝飾槽

可以生成裝飾槽實體，但后續(xù)無法做布爾運算-差集2）正確做法：分段選擇導向線掃描

目標需要切換到線，操作次數(shù)較多先掃外輪廓布爾運算-面-縫合布爾運算-實體-差集

生

成

裝

飾

槽仿真分析的精度問題Ⅰ.

建

模

流

程掃描線段的注意事項1）錯誤做法：導向線不能合并

生

成

裝

飾

槽倒角太多，放樣很難實現(xiàn)，只能做成閉合曲面再縫合來實現(xiàn)放樣失敗平移50mmⅠ.

建

模

流

程

4）移動坐標軸，導入正視圖裝飾槽生

成

豎

向

鋼

筋需要使用的功能：合并線、析取、打斷線、復制功能、鏡像功能Ⅰ.

建

模

流

程Dz等直段外輪廓保護層內(nèi)輪廓比值50~5650長-Y1800mm5017500.972222寬-X1100mm5010500.954545生

成

箍

筋6）分解成線7）縮放線段可以勾選，后續(xù)再合并實體與整體坐標軸一致箍筋無需合并線段，劃分網(wǎng)格會自動考慮節(jié)點耦合平直段向上間距100mm，復制56次花瓶段向上間距100mm，復制31次Ⅰ.

建

模

流

程

1）移動工作平面，XY（0，0，1）

2）利用柵格網(wǎng)，生成矩形框

3）移動矩形框，DZ=50mm

4）分割實體，3點平面

5）析取平面Ⅱ.

網(wǎng)

格

劃

分Ⅱ.

網(wǎng)

格

劃

分定

義

材

料

特

性位置鋼筋直徑/mm截面面積/mm^2箍筋14153.9左視圖豎向16201.1正視圖豎向28615.8定

義

單

元

屬

性Civil只有材料，而FEA既有材料也有屬性定義屬性的目的，是將材料特性指定給不同的單元類型Ⅱ.

網(wǎng)

格

劃

分1D

單

元

屬

性

說

明1D桁架需要與實體單元共節(jié)點1D植入式桁架無需與實體單元共節(jié)點但必須保證線段在實體內(nèi)部包裹1D鋼束可以考慮預應力損失的植入式桁架1D梁可以考慮彎剪扭的1D桁架Ⅱ.

網(wǎng)

格

劃

分印

刻

支

座

位

置2）印刻1）導入DXF線框3）尺寸控制（播種）Ⅱ.

網(wǎng)

格

劃

分Ⅱ.

網(wǎng)

格

劃

分混

凝

土

3D

網(wǎng)

格

劃

分

四面體單元：

1、對復雜幾何適應性好

2、需要采用高階單元，導致更大

的計算量

3、結(jié)果精度相對六面體差些

六面體單元：

1、需要較多時間進行幾何簡化切

割，生成網(wǎng)格時間長

2、計算規(guī)模相對小

3、結(jié)果精度更高合并網(wǎng)格混合網(wǎng)格-六面體內(nèi)部線功能：3D實體與1D桁架單元同時劃分，保證共節(jié)點1D植入式桁架/1D鋼束無需考慮鋼

筋

1D

網(wǎng)

格

劃

分Ⅱ.

網(wǎng)

格

劃

分直徑14直徑28直徑16Ⅲ.

邊

界

荷

載Ⅲ.

邊

界

荷

載邊

界

條

件

設

置Ⅲ.

邊

界

荷

載荷

載

設

置6000kN

/

0.4*0.4mⅢ.

邊

界

荷

載分

析

工

況

設

置務必將網(wǎng)格組、邊界組、荷載組選擇至右側(cè)

類似于Civil的一次成橋的施工階段Ⅳ.

結(jié)

果

查

看Ⅳ.

結(jié)

果

查

看結(jié)

果

成

分

說

明

位移網(wǎng)格作用力

支反力

1D桁架單元內(nèi)力

1D桁架單元應力

3D實體單元應力Ⅳ.

結(jié)

果

查

看結(jié)

果

成

分

說

明平動位移轉(zhuǎn)動位移平動合成位移位移

結(jié)

果

成

分

說

明

如果在線荷載或面荷載等荷載類型下，可以看到外荷載轉(zhuǎn)化成相應的節(jié)點荷載。Ⅳ.

結(jié)

果

查

看

網(wǎng)格作用力Ⅳ.

結(jié)

果

查

看結(jié)

果

成

分

說

明支反力Ⅳ.

結(jié)

果

查

看結(jié)

果

成

分

說

明

1D桁架單元內(nèi)力1D桁架單元應力Ⅳ.

結(jié)

果

查

看

3D單元應力正應力剪應力主應力等效應力結(jié)

果

成

分

說

明

混凝土：

按照第一強度理論，驗算主拉應力

這一理論認為引起材料脆性斷裂破壞的因素是最大拉應力，無論什么應力狀態(tài)，

只要構(gòu)件內(nèi)一點處的最大拉應力σ1達到單向應力狀態(tài)下的極限應力σb，材料就

要發(fā)生脆性斷裂。于是危險點處于復雜應力狀態(tài)的構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂破壞的條件是：σ1=σb、σb/s=[σ]，所以按第一強度理論建立的強度條件為：σ1≤[σ]。鋼材：按照第四強度理論，驗算Von

Mises有效應力這一理論認為形狀改變比能是引起材料屈服破壞的主要因素，無論什么應力狀態(tài)，只要構(gòu)件內(nèi)一點處的形狀改變比能達到單向應力狀態(tài)下的極限值，材料就要發(fā)生屈服破壞。所以按第四強度理論的強度條件為：

??12

+

??22

+

??32

?

??1??2

?

??2??3

?

??1??3

≤

??Ⅳ.

結(jié)

果

查

看

等值面功能

C40軸心抗拉強度標準值

ftk=2.4Mpa豐

富

的

結(jié)

果

查

看

樣

式

力流線功能

關(guān)掉云圖

打開向量Ⅳ.

結(jié)

果

查

看豐

富

的

結(jié)

果

查

看

樣

式根據(jù)彎矩進行配筋

MzMy拓展部分1、是

否

需

要

建

立

裝

飾

槽

？不建立裝飾槽建立裝飾槽

拓

展

部

分主拉應力1、是

否

需

要

建

立

裝

飾

槽

？建立裝飾槽

拓

展

部

分正應力

不建立裝飾槽可以只建立左視圖側(cè)的裝飾槽拓

展

部

分2、普

通

鋼

筋

對

結(jié)

果

有

影

響

嗎

？有鋼筋

無鋼筋豎向鋼筋和箍筋在靜力分析中

對結(jié)果影響很小拓

展

部

分2、普

通

鋼

筋

對

結(jié)

果

有

影

響

嗎

？

設置拉桿鋼筋能有效減小墩帽應力

拓

展

部

分彌散裂縫模型：將實際的混凝土裂縫“彌散”到整個單元中，將混凝土材料處理為各向異性材料，利用混凝土的材料本構(gòu)模型來模擬裂縫的影響當混凝土某一單元的應力超過了開裂應力，則只需將材料本構(gòu)矩陣加以調(diào)整，無需改變單元形式或重新劃分單元網(wǎng)格，易于有限元程序的實現(xiàn)用材料應力和模量的降低模擬裂縫的開展剛度

切線：適用于局部裂縫或

裂縫擴展分析

割線：適用于裂縫呈分布狀態(tài)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)多線性指數(shù)Hordijk彈性線性常量脆性彈性線性硬化多線性拋物線Thorenfeldt常量飽和3、如

何

考

慮

混

凝

土

開

裂

分

析

？

拉伸函數(shù)-受拉模型壓縮函數(shù)-受壓模型拓

展

部

分3、如

何

考

慮

混

凝

土

開

裂

分

析

？拓

展

部

分3、如

何

考

慮

混

凝

土

開

裂

分

析

？

裂縫狀態(tài)

加載和卸載時完全張開

加載和卸載時部分張開

裂縫關(guān)閉

未產(chǎn)生裂縫CRACK

STRESS-NN:法向應力（裂縫面圓片的垂直方向）CRACK

ST