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【转帖】ANSYS中混凝土的计算问题

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发表于 2002-9-2 15:00:54 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 湖北武汉
最近做了点计算分析,结合各论坛关于这方面的讨论,就一些问题探讨如下,不当之处敬请指正。  
一、关于模型  
钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种,即分离式、分布式和组合式模型。考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移,则采用引入粘结单元的分离式模型;假定混凝土和钢筋粘结很好,不考虑二者之间的滑移,则三种模型都可以;分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析,后者对杆系结构分析比较适用。裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型,后者目前尚处研究之中,主要应用的是前两种。离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点,可根据不同的分析目的选择使用。随着计算速度和网格自动划分的快速实现,离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。  
就ANSYS而言,她可以考虑分离式模型(solid65+link8,认为混凝土和钢筋粘结很好,如要考虑粘结和滑移,则可引入弹簧单元进行模拟,比较困难!),也可采用分布式模型(带筋的solid65)。而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。  
  
二、关于本构关系  
混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类,其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系,其中不乏实用者。混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型,或借用古典强度理论或基于试验结果等,各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异,适用范围和计算精度差别也比较大,给使用带来了一定的困难。  
就ANSYS而言,其问题比较复杂些。  
1 ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的?  
采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion),而非屈服准则(yield criterion)。W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的,而混凝土的塑性可以另外考虑(当然是在开裂和压碎之前)。理论上破坏准则(failure criterion)和屈服准则(yield criterion)是不同的,例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形,表现为屈服,但没有破坏。而工程上又常将二者等同,其原因是工程结构不容许有很大的塑性变形,且混凝土等材料的屈服点不够明确,但破坏点非常明确。  
定义tb,concr matnum后仅仅是定义了混凝土的破坏准则和缺省的本构关系,即W—W破坏准则、混凝土开裂和压碎前均为线性的应力应变关系,而开裂和压碎后采用其给出的本构关系。但屈服准则尚可另外定义(随材料的应力应变关系,如tb,MKIN,则定义的屈服准则是Von Mises,流动法则、硬化法则也就确定了)。  
2 定义tb,concr后可否定义其它的应力应变关系  
当然是可以的,并且只有在定义tb,concr后,有些问题才好解决。例如可以定义tb,miso,输入混凝土的应力应变关系曲线(多折线实现),这样也就将屈服准则、流动法则、硬化法则等确定了。  
这里可能存在一点疑问,即ANSYS中的应力应变关系是拉压相等的,而混凝土材料显然不是这样的。是的,因为混凝土受拉段非常短,认为拉压相同影响很小,且由于定义的tb,concr中确定了开裂强度,所以尽管定义的是一条大曲线,但应用于受拉部分的很小。  
  
三、具体的系数及公式  
1 定义tb,concr时候的两个系数如何确定?  
一般的参考书中,其值建议先取为0.3~0.5(江见鲸),原话是“在没有更仔细的数据时,不妨先取0.3~0.5进行计算”,足见此0.3~0.5值的可用程度。根据我的经验和理由,建议此值取大些,即开裂的剪力传递系数取0.5,(定要>0.2)闭合的剪力传递系数取1.0。支持此说法的还有现行铁路桥规的抗剪计算理论,以及原公路桥规的容许应力法的抗计剪计算。  
2 定义混凝土的应力应变曲线  
单向应力应变曲线很多,常用的可参考国标混凝土结构规范,其中给出的应力应变曲线是二次曲线+直线的下降段,其参数的设置按规范确定即可。当然如有实测的应力应变曲线更好了。  
  
四、关于收敛的问题  
ANSYS混凝土计算收敛(数值)是比较困难的,主要影响因素是网格密度、子步数、收敛准则等,这里讨论如下。  
1 网格密度:网格密度适当能够收敛。不是网格越密越好,当然太稀也不行,这仅仅是就收敛而言的,不考虑计算费用问题。但是究竟多少合适,没有找到规律,只能靠自己针对情况慢慢试算。  
2 子步数:NSUBST的设置很重要,设置太大或太小都不能达到正常收敛。这点可以从收敛过程图看出,如果F范数曲线在[F]曲线上面走形的很长,可考虑增大nsubst。或者根据经验慢慢调正试算。  
3 收敛精度:实际上收敛精度的调正并不能彻底解决收敛的问题,但可以放宽收敛条件以加速吧。一般不超过5%(缺省是0.5%),且使用力收敛条件即可。  
4 混凝土压碎的设置:不考虑压碎时,计算相对容易收敛;而考虑压碎则比较难收敛,即便是没有达到压碎应力时。如果是正常使用情况下的计算,建议关掉压碎选项;如果是极限计算,建议使用concr+MISO且关闭压碎检查;如果必设压碎检查,则要通过大量的试算(设置不同的网格密度、NSUBST)以达到目的,但也很困难。  
5 其他选项:如线性搜索、预测等项也可以打开,以加速收敛,但不能根本解决问题。  
6 计算结果:仅设置concr,不管是否设置压碎,其一般P-F曲线接近二折线;采用concr+miso则P-F曲线与二折线有差别,其曲线形状明显是曲线的。  
  
*******************************************************************************
例题1  
!----------------------------------------------------  
!题目:钢筋混凝土简支梁模拟计算  
!方法:分离式;solid65和link8  
!材料:混凝土采用concr和钢筋为弹性材料,但不考虑压碎  
!---------------------------------------------------  
!为方便,假定钢筋置于梁底两侧.  
!===================================================  
/config,nres,2000  
/prep7  
!定义单元及其材料特性等  
rd0=20.0 !钢筋直径  
et,1,solid65  
et,2,link8  
mp,ex,1,33e3  
mp,prxy,1,0.20  
r,1  
hntra=28  
hntrl=2.6  
tb,concr,1  
tbdata,,0.7,1.0,hntrl,-1  
mp,ex,2,2.1e5  
mp,prxy,2,0.30  
r,2,acos(-1)*0.25*rd0*rd0  
!定义梁体即单元划分  
blc4, , ,100,200,3000  
/view,1,1,1,1  
/ang,1  
gplot  
!定义网分时边长控制  
lsel,s,loc,z,1,2999  
lsel,r,loc,y,0  
latt,2,2,2  
lesize,all,,,20 !钢筋网格数目  
lmesh,all  
lsel,s,loc,z,0  
lesize,all,,,4 !截面上的网格数目4x4  
vsel,all  
vatt,1,1,1  
mshape,0,3d  
mshkey,1  
vmesh,all  
allsel,all  
finish  
/solu  
!施加约束  
lsel,s,loc,z,0  
lsel,r,loc,y,0  
dl,all,,uy  
dl,all,,uz  
lsel,all  
lsel,s,loc,z,3000  
lsel,r,loc,y,0  
dl,all,,uy  
lsel,all  
ksel,s,loc,x,0  
ksel,r,loc,y,0  
dk,all,ux  
allsel,all  
!施加荷载  
qmz=0.3  
asel,s,loc,y,200  
sfa,all,1,pres,qmz  
allsel,all  
nsubst,40  
outres,all,all  
time,qmz*10  
neqit,40  
solve  
finish  
/post1  
pldisp,1  
etable,zxyl,ls,1  
plls,zxyl,zxyl,1  
finish  
/post26  
nsol,2,33,u,y  
prod,3,1,,,,,,1/100  
prod,4,2,,,,,,-1  
xvar,4  
plvar,3  
  
*******************************************************************************
例题2  
!----------------------------------------------------  
!题目:钢筋混凝土简支梁模拟计算  
!方法:分离式;solid65和link8  
!材料:混凝土采用concr+Miso和钢筋为弹性材料,但不考虑压碎  
!增加网格密度  
!---------------------------------------------------  
!为方便,假定钢筋置于梁底两侧.  
!===================================================  
/config,nres,2000  
/prep7  
!定义单元及其材料特性等  
rd0=20.0 !钢筋直径  
et,1,solid65  
et,2,link8  
mp,ex,1,33e3  
mp,prxy,1,0.20  
r,1  
hntra=28  
hntrl=2.6  
tb,concr,1  
tbdata,,0.7,1.0,hntrl,-1  
tb,miso,1,,14  
tbpt,,0.0002,hntra*0.19  
tbpt,,0.0004,hntra*0.36  
tbpt,,0.0006,hntra*0.51  
tbpt,,0.0008,hntra*0.64  
tbpt,,0.0010,hntra*0.75  
tbpt,,0.0012,hntra*0.84  
tbpt,,0.0014,hntra*0.91  
tbpt,,0.0016,hntra*0.96  
tbpt,,0.0018,hntra*0.99  
tbpt,,0.0020,hntra*1.00  
tbpt,,0.0025,hntra*0.95  
tbpt,,0.0030,hntra*0.90  
tbpt,,0.0035,hntra*0.85  
tbpt,,0.0040,hntra*0.80  
mp,ex,2,2.1e5  
mp,prxy,2,0.30  
r,2,acos(-1)*0.25*rd0*rd0  
!定义梁体即单元划分  
blc4, , ,100,200,3000  
/view,1,1,1,1  
/ang,1  
gplot  
!定义网分时边长控制  
lsel,s,loc,z,1,2999  
lsel,r,loc,y,0  
latt,2,2,2  
lesize,all,,,20  
lmesh,all  
lsel,s,loc,z,0  
lesize,all,,,4  
vsel,all  
vatt,1,1,1  
mshape,0,3d  
mshkey,1  
vmesh,all  
allsel,all  
finish  
/solu  
!施加约束  
lsel,s,loc,z,0  
lsel,r,loc,y,0  
dl,all,,uy  
dl,all,,uz  
lsel,all  
lsel,s,loc,z,3000  
lsel,r,loc,y,0  
dl,all,,uy  
lsel,all  
ksel,s,loc,x,0  
ksel,r,loc,y,0  
dk,all,ux  
allsel,all  
!施加荷载  
qmz=0.3  
asel,s,loc,y,200  
sfa,all,1,pres,qmz  
allsel,all  
outres,all,all  
time,qmz*10  
nsubst,40  
neqit,40  
solve  
finish  
/post1  
pldisp,1  
etable,zxyl,ls,1  
plls,zxyl,zxyl,1  
finish  
/post26  
nsol,2,33,u,y  
prod,3,1,,,,,,1/100  
prod,4,2,,,,,,-1  
xvar,4  
plvar,3

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xiaosi 该用户已被删除
发表于 2003-11-11 20:32:39 | 显示全部楼层 来自 大连理工大学
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发表于 2003-8-25 09:51:46 | 显示全部楼层 来自 辽宁

回复: 【转帖】ANSYS中混凝土的计算问题

十个好东东,如果有这方面的东西,不妨给大家多弄点啊!!
发表于 2003-9-11 21:58:28 | 显示全部楼层 来自 重庆

回复: 【转帖】ANSYS中混凝土的计算问题

资料太老了吧!
能不能来点新鲜的难度大点的
kldr 该用户已被删除
发表于 2003-11-14 16:24:20 | 显示全部楼层 来自 四川成都
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发表于 2003-12-27 11:59:46 | 显示全部楼层 来自 广东广州

回复: 【转帖】ANSYS中混凝土的计算问题

关于  钢管混凝土  管与混凝土之间的关系。。。。那位大侠有做过的,共享一下

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pillow 该用户已被删除
发表于 2004-1-13 23:14:56 | 显示全部楼层 来自 海南
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zqloyalty 该用户已被删除
发表于 2004-1-14 21:51:28 | 显示全部楼层 来自 LAN
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lyxue 该用户已被删除
发表于 2005-5-16 21:33:54 | 显示全部楼层 来自 江苏南京
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发表于 2005-5-23 01:15:39 | 显示全部楼层 来自 陕西西安

Re:【转帖】ANSYS中混凝土的计算问题

我也想要钢管混凝土方面的东西
lily123 该用户已被删除
发表于 2005-5-24 20:43:34 | 显示全部楼层 来自 北京工业大学
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发表于 2005-6-4 06:43:25 | 显示全部楼层 来自 山东青岛

Re:【转帖】ANSYS中混凝土的计算问题

好啊!
高层 该用户已被删除
发表于 2005-7-8 13:10:02 | 显示全部楼层 来自 广东深圳
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zjcansys 该用户已被删除
发表于 2005-7-10 00:10:35 | 显示全部楼层 来自 新疆
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发表于 2005-9-19 09:14:22 | 显示全部楼层 来自 广西北海

Re:【转帖】ANSYS中混凝土的计算问题

虽然这个贴已早有,但厚道的人还是顶一下,楼主支持你!!!
发表于 2006-1-26 14:02:46 | 显示全部楼层 来自 江苏常州

Re:【转帖】ANSYS中混凝土的计算问题

感谢,请以后多多介绍经验
yueguang 该用户已被删除
发表于 2006-9-9 16:12:46 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
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