ANSYS混凝土計算問題

PAGEPAGE1ANSYS混凝土計算問題商品混凝土的計算問題一、關于模型鋼筋商品混凝土有限元模型根據鋼筋的處理方式主要分為三種，即分離式、分布式和組合式模型。考慮鋼筋和商品混凝土之間的粘結和滑移，則采用引入粘結單元的分離式模型；假定商品混凝土和鋼筋粘結很好，不考慮二者之間的滑移，則三種模型都可以；分離式和分布式模型適用于二維和三維結構分析，后者對桿系結構分析比較適用。裂縫的處理方式有離散裂縫模型、分布裂縫模型和斷裂力學模型，后者目前尚處研究之中，主要應用的是前兩種。離散裂縫模型和分布裂縫模型各有特點，可根據不同的分析目的選擇使用。隨著計算速度和網格自動劃分的快速實現，離散裂縫模型又有被推廣使用的趨勢。就ANSYS而言，她可以考慮分離式模型(solid65+link8，認為商品混凝土和鋼筋粘結很好，如要考慮粘結和滑移，則可引入彈簧單元進行模擬，比較困難！)，也可采用分布式模型(帶筋的solid65)。而其裂縫的處理方式則為分布裂縫模型。二、關于本構關系商品混凝土的本構關系可以分為線彈性、非線性彈性、彈塑性及其它力學理論等四類，其中研究最多的是非線性彈性和彈塑性本構關系，其中不乏實用者。商品混凝土破壞準則從單參數到五參數模型達數十個模型，或借用古典強度理論或基于試驗結果等，各個破壞準則的表達方式和繁簡程度各異，適用范圍和計算精度差別也比較大，給使用帶來了一定的困難。就ANSYS而言，其問題比較復雜些。1ANSYS商品混凝土的破壞準則與屈服準則是如何定義的？采用tb,concr,matnum則定義了W-W破壞準則(failurecriterion)，而非屈服準則(yieldcriterion)。W-W破壞準則是用于檢查商品混凝土開裂和壓碎用的，而商品混凝土的塑性可以另外考慮（當然是在開裂和壓碎之前）。理論上破壞準則(failurecriterion)和屈服準則(yieldcriterion)是不同的，例如在高靜水壓力下會發(fā)生相當的塑性變形，表現為屈服，但沒有破壞。而工程上又常將二者等同，其原因是工程結構不容許有很大的塑性變形，且商品混凝土等材料的屈服點不夠明確，但破壞點非常明確。定義tb,concrmatnum后僅僅是定義了商品混凝土的破壞準則和缺省的本構關系，即W—W破壞準則、商品混凝土開裂和壓碎前均為線性的應力應變關系，而開裂和壓碎后采用其給出的本構關系。但屈服準則尚可另外定義(隨材料的應力應變關系，如tb,MKIN,則定義的屈服準則是VonMises,流動法則、硬化法則也就確定了)。2定義tb,concr后可否定義其它的應力應變關系當然是可以的，并且只有在定義tb,concr后，有些問題才好解決。例如可以定義tb,miso,輸入商品混凝土的應力應變關系曲線(多折線實現)，這樣也就將屈服準則、流動法則、硬化法則等確定了。這里可能存在一點疑問，即ANSYS中的應力應變關系是拉壓相等的，而商品混凝土材料顯然不是這樣的。是的，因為商品混凝土受拉段非常短，認為拉壓相同影響很小，且由于定義的tb,concr中確定了開裂強度，所以盡管定義的是一條大曲線，但應用于受拉部分的很小。三、具體的系數及公式1定義tb,concr時候的兩個系數如何確定？一般的參考書中，其值建議先取為0.3~0.5(江見鯨)，原話是“在沒有更仔細的數據時，不妨先取0.3~0.5進行計算”，足見此0.3~0.5值的可用程度。根據我的經驗和理由，建議此值取大些，即開裂的剪力傳遞系數取0.5,（定要0.2）閉合的剪力傳遞系數取1.0。支持此說法的還有現行鐵路橋規(guī)的抗剪計算理論，以及原公路橋規(guī)的容許應力法的抗計剪計算。2定義商品混凝土的應力應變曲線單向應力應變曲線很多，常用的可參考國標商品混凝土結構規(guī)范，其中給出的應力應變曲線是二次曲線＋直線的下降段，其參數的設置按規(guī)范確定即可。當然如有實測的應力應變曲線更好了。四、關于收斂的問題ANSYS商品混凝土計算收斂(數值)是比較困難的，主要影響因素是網格密度、子步數、收斂準則等，這里討論如下。1網格密度：網格密度適當能夠收斂。不是網格越密越好，當然太稀也不行，這僅僅是就收斂而言的，不考慮計算費用問題。但是究竟多少合適，沒有找到規(guī)律，只能靠自己針對情況慢慢試算。2子步數：NSUBST的設置很重要，設置太大或太小都不能達到正常收斂。這點可以從收斂過程圖看出，如果F范數曲線在[F]曲線上面走形的很長，可考慮增大nsubst。或者根據經驗慢慢調正試算。3收斂精度：實際上收斂精度的調正并不能徹底解決收斂的問題，但可以放寬收斂條件以加速吧。一般不超過5%(缺省是0.5%)，且使用力收斂條件即可。4商品混凝土壓碎的設置：不考慮壓碎時，計算相對容易收斂；而考慮壓碎則比較難收斂，即便是沒有達到壓碎應力時。如果是正常使用情況下的計算，建議關掉壓碎選項；如果是極限計算，建議使用concr＋MISO且關閉壓碎檢查；如果必設壓碎檢查，則要通過大量的試算（設置不同的網格密度、NSUBST）以達到目的，但也很困難。5其他選項：如線性搜索、預測等項也可以打開，以加速收斂，但不能根本解決問題。6計算結果：僅設置concr，不管是否設置壓碎，其一般P-F曲線接近二折線；采用concr+miso則P-F曲線與二折線有差別，其曲線形狀明顯是曲線的。*******************************************************************************例題1!!題目：鋼筋商品混凝土簡支梁模擬計算!方法：分離式；solid65和link8!材料：商品混凝土采用concr和鋼筋為彈性材料，但不考慮壓碎!!為方便，假定鋼筋置于梁底兩側.!===================================================/config,nres,2000/prep7!定義單元及其材料特性等rd0=20.0!鋼筋直徑et,1,solid65et,2,link8mp,ex,1,33e3mp,prxy,1,0.20r,1hntra=28hntrl=2.6tb,concr,1tbdata,,0.7,1.0,hntrl,-1mp,ex,2,2.1e5mp,prxy,2,0.30r,2,acos(-1)*0.25*rd0*rd0!定義梁體即單元劃分blc4,,,100,200,3000/view,1,1,1,1/ang,1gplot!定義網分時邊長控制lsel,s,loc,z,1,2999lsel,r,loc,y,0latt,2,2,2lesize,all,,,20!鋼筋網格數目lmesh,alllsel,s,loc,z,0lesize,all,,,4!截面上的網格數目4x4vsel,allvatt,1,1,1mshape,0,3dmshkey,1vmesh,allallsel,allfinish/solu!施加約束lsel,s,loc,z,0lsel,r,loc,y,0dl,all,,uydl,all,,uzlsel,alllsel,s,loc,z,3000lsel,r,loc,y,0dl,all,,uylsel,allksel,s,loc,x,0ksel,r,loc,y,0dk,all,uxallsel,all!施加荷載qmz=0.3asel,s,loc,y,200sfa,all,1,pres,qmzallsel,allnsubst,40outres,all,alltime,qmz*10neqit,40solvefinish/post1pldisp,1一、關于模型鋼筋商品混凝土有限元模型根據鋼筋的處理方式主要分為三種，即分離式、分布式和組合式模型。考慮鋼筋和商品混凝土之間的粘結和滑移，則采用引入粘結單元的分離式模型；假定商品混凝土和鋼筋粘結很好，不考慮二者之間的滑移，則三種模型都可以；分離式和分布式模型適用于二維和三維結構分析，后者對桿系結構分析比較適用。裂縫的處理方式有離散裂縫模型、分布裂縫模型和斷裂力學模型，后者目前尚處研究之中，主要應用的是前兩種。離散裂縫模型和分布裂縫模型各有特點，可根據不同的分析目的選擇使用。隨著計算速度和網格自動劃分的快速實現，離散裂縫模型又有被推廣使用的趨勢。就ANSYS而言，她可以考慮分離式模型(solid65+link8，認為商品混凝土和鋼筋粘結很好，如要考慮粘結和滑移，則可引入彈簧單元進行模擬，比較困難！)，也可采用分布式模型(帶筋的solid65)。而其裂縫的處理方式則為分布裂縫模型。二、關于本構關系商品混凝土的本構關系可以分為線彈性、非線性彈性、彈塑性及其它力學理論等四類，其中研究最多的是非線性彈性和彈塑性本構關系，其中不乏實用者。商品混凝土破壞準則從單參數到五參數模型達數十個模型，或借用古典強度理論或基于試驗結果等，各個破壞準則的表達方式和繁簡程度各異，適用范圍和計算精度差別也比較大，給使用帶來了一定的困難。就ANSYS而言，其問題比較復雜些。1ANSYS商品混凝土的破壞準則與屈服準則是如何定義的？采用tb,concr,matnum則定義了W-W破壞準則(failurecriterion)，而非屈服準則(yieldcriterion)。W-W破壞準則是用于檢查商品混凝土開裂和壓碎用的，而商品混凝土的塑性可以另外考慮（當然是在開裂和壓碎之前）。理論上破壞準則(failurecriterion)和屈服準則(yieldcriterion)是不同的，例如在高靜水壓力下會發(fā)生相當的塑性變形，表現為屈服，但沒有破壞。而工程上又常將二者等同，其原因是工程結構不容許有很大的塑性變形，且商品混凝土等材料的屈服點不夠明確，但破壞點非常明確。定義tb,concrmatnum后僅僅是定義了商品混凝土的破壞準則和缺省的本構關系，即W—W破壞準則、商品混凝土開裂和壓碎前均為線性的應力應變關系，而開裂和壓碎后采用其給出的本構關系。但屈服準則尚可另外定義(隨材料的應力應變關系，如tb,MKIN,則定義的屈服準則是VonMises,流動法則、硬化法則也就確定了)。2定義tb,concr后可否定義其它的應力應變關系當然是可以的，并且只有在定義tb,concr后，有些問題才好解決。例如可以定義tb,miso,輸入商品混凝土的應力應變關系曲線(多折線實現)，這樣也就將屈服準則、流動法則、硬化法則等確定了。這里可能存在一點疑問，即ANSYS中的應力應變關系是拉壓相等的，而商品混凝土材料顯然不是這樣的。是的，因為商品混凝土受拉段非常短，認為拉壓相同影響很小，且由于定義的tb,concr中確定了開裂強度，所以盡管定義的是一條大曲線，但應用于受拉部分的很小。三、具體的系數及公式1定義tb,concr時候的兩個系數如何確定？一般的參考書中，其值建議先取為0.3~0.5(江見鯨)，原話是“在沒有更仔細的數據時，不妨先取0.3~0.5進行計算”，足見此0.3~0.5值的可用程度。根據我的經驗和理由，建議此值取大些，即開裂的剪力傳遞系數取0.5,（定要0.2）閉合的剪力傳遞系數取1.0。支持此說法的還有現行鐵路橋規(guī)的抗剪計算理論，以及原公路橋規(guī)的容許應力法的抗計剪計算。2定義商品混凝土的應力應變曲線單向應力應變曲線很多，常用的可參考國標商品混凝土結構規(guī)范，其中給出的應力應變曲線是二次曲線＋直線的下降段，其參數的設置按規(guī)范確定即可。當然如有實測的應力應變曲線更好了。四、關于收斂的問題ANSYS商品混凝土計算收斂(數值)是比較困難的，主要影響因素是網格密度、子步數、收斂準則等，這里討論如下。1網格密度：網格密度適當能夠收斂。不是網格越密越好，當然太稀也不行，這僅僅是就收斂而言的，不考慮計算費用問題。但是究竟多少合適，沒有找到規(guī)律，只能靠自己針對情況慢慢試算。2子步數：NSUBST的設置很重要，設置太大或太小都不能達到正常收斂。這點可以從收斂過程圖看出，如果F范數曲線在[F]曲線上面走形的很長，可考慮增大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