ansys模拟钢管混凝土

yangbing783782

用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件

以上两个软件国外都有人用来分析钢管混凝土结构，但建模的方法不尽相同。关键在于钢管和混凝土本构关系的选取以及两者之间的界面处理方法，各位有没有这方面的经验能向我们大家介绍一下。
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程序中大概只有Drucker-Prager比较适合描述受约束混凝土的本构关系，因为这个模型可以考虑 hydrostatic stress （流体静应力）的影响。在程序中，需要输入cohesion,angle of internal friction，(one more for ANSYS is theangle of dilatancy)。
值得注意的是，两个软件确定这几个参数的公式各不相同，很是令人头疼。
其实user manuals不可能给出明确的表达式，因为到目前为止，好像没有研究把钢管的强度，混凝土的强度，含钢率等等因素（i.e. the confinement）全部在Drucker-Prager 中考虑进去。
至于两种材料的界面，日本的 Hanbin Ge曾用link element来模拟，但在他的文章中，没有详细的描述。轴压状况下，好像可以忽略滑移。偏压可能情况有所不同。
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韩教授书上的混凝土应力-应变关系，可以简单理解为单向受力的混凝土本构关系（考虑了钢管的约束），因此不能用于多向应力状态下混凝土的有限元分析。材料非线性有限元分析，需要定义材料的屈服面，流动准则，强化准则，等等。对受约束的混凝土，还要考虑体积膨胀，钢管对它的约束等因素。显然，不是一个简单的应力-应变曲线所能概括的。

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三向有限元分析，需要定义屈服面、流动准则和强化准则等等，而考虑钢管约束的混凝土本构关系，只是应力-应变关系。
对钢管混凝土的有限元分析，主要困难是如何定义屈服面，和模拟两个材料之间的滑移，我曾经用过接触分析（contact analysis）来求轴压构件的承载力，发现最大承载力能够比较精确地求得，但是精确的荷载-位移曲线很难获得，因为商用软件（Ansys\Marc）里面的D-P模型是塑性模型。最近正在想定义一个适用于钢管混凝土的本构关系，不知道能够行的通。有了确定的结果，一定和大家探讨。
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没想到一年前发的一个帖子引起大家这麽多关注，感谢大家的支持。
本人现在已完全实现用Ansys分析钢管混凝土，现在将我的思路介绍一下，不当之处请指正。
1。钢单元采用壳元，混凝土采用实体元，界面采用接触单元，另外也可以加弹簧单元，如果加弹簧单元后，接触元的摩擦系数可设为0。
2。钢材用弹塑性模型,泊桑比可取为0.25，混凝土模型的弹性阶段泊松比可取为0.2，弹塑性阶段有两种方式实现，一种采用Drucker-Prager模型，因为该模型中两个参数和具体约束状态相关，但选择时计算结果差别不大，建议对于圆形截面采用同一组参数，对于方、矩形分区采用两组参数；另一种方法是直接输入由试验得出的单向素混凝土模型，因为所谓的三向应力应变模型是在单向基础上产生的，给出双向应力状态和单向应力状态情况下的比值，根据计算过程中截面的变形，即可得出截面实际的应力分布。界面的摩擦系数可采用0.25。
3。对于短柱可采用1/4对称截面，对于长柱可采用1/2对称截面。
4。以上方法分析结果不仅能较精确的得出承载力，而且能模拟下降段，和大量试验结果吻合较好。
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请问各位高手，钢管混凝土接触分析中，面对面的接触单元怎么生成？需要设置什么参数？看了几本书，都讲的很含糊，看不懂，不知怎么搞？现在只会用接触单元向导做，挺麻烦的，选择面不好选！而且程序自己完成了设置，要是它采用的参数和自己想要的不一样咋办？
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ttt_ttt所说的：
直接输入由试验得出的单向素混凝土模型，因为所谓的三向应力应变模型是在单向基础上产生的，给出双向应力状态和单向应力状态情况下的比值
那输入应力应变关系时是直接用单向应力应变关系？还是输入考虑三向应力状态后（更改参数后）所计算的应力应变关系？
ansys中可否按书上所列的输入完整的三向应力应变关系，而不是仅仅一条应力应变曲线？如何输入啊？
也看到有人说，定义tb,concr后，定义tb,mkin,输入混凝土的应力应变关系曲线，这样也就将屈服准则、流动法则、硬化法则等确定了。这样计算是否合理？输入的单轴应力应变可否？
望各位大侠不吝指教
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1、钢管对混凝土的约束效应，根本不能由弹簧单元反映出来。
     因为，受到约束后的混凝土相当于一种特殊的混凝土，可以称为“约束混凝土”，而对于约束混凝土，必须首先研究其本身的本构关系，即应力-应变发展关系，同时需要研究它的屈服准则、后继屈服准则以及破坏准则，这就需要有新的材料模型，“约束混凝土”与普通混凝土的本构关系有区别，在过镇海《钢筋混凝土原理》一书中，专门介绍过约束混凝土的本构关系KENT-PARK模型。在韩林海老师一书中也有介绍。
2、弹簧的模拟只是可以将钢管对混凝土的约束作用进行传递。
    混凝土的受约束后的性能有了，但是它受到钢管的约束这样产生，主要是通过弹簧单元或其他界面单元来实现，实现的准确有否，关键在于弹簧的f-d曲线来定义，可以用combination39来模拟。
3、混凝土的材料本构的定义
（1）、D-P材料，可以反映混凝土的拉压强度不同，但是不能反映开裂。至于三个参数的取值，可以参考ANSYS中文手册的高级手册。
（2）、CONCRETE材料的定义。
单调加载分析本人建议：
（A）、受约束混凝土的应力-应变关系：非线弹性材料曲线。
（B）、CONCRETE破坏准则。
反复加载分析，陆新征建议：
（A）、随动强化模型；
（B）、CONCRETE破坏准则。
4、以上仅为个人意见，请供参考，本人也一直在努力！
我觉得，如果不考虑泊松比的变化，在ansys的三维有限元模拟体现不出来钢管的约束效应。
因此，如果不考虑泊松比变化，可以考虑利用约束混凝土下的单轴应力－应变关系再结合ansys已有的屈服准则、流动准则、强化准则，
而solid65考虑混凝土的拉裂和压碎，因此还多了一个破坏准则
我觉得ansys里面的非线性本构关系本身已体现了屈服准则、流动准则、强化准则，
因为，我觉得我们用的时候，都是先定义一个非线性材料特性，然后再输入该非线性材料特性所对应的本构关系的参数，，
这两天刚学的，请批评指正，谢谢！
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这个地方我没搞明白，
我看不少命令流文件定义solid65的时候就这样子
tb,concr,2 !定义2号为混凝土 1
tbdata,,0.9,1,1.8,50 !定义混凝土的c1,c2,Rl,Ra
我没看到另外定义什么随动强化，
我看帮助文件，感觉concr破坏准则是适合钢筋混凝土构件在冲击荷载下的本构关系，
我看有人用
tb,concr,2 !定义2号为混凝土 1
tbdata,,0.5,1.0,1.8,－1 !定义混凝土的张开裂缝剪力传递系数0.5,闭合裂缝传递系数1.0,
!单轴受拉极限强度,单轴受压极限强度－1,c1,c2,c3,c4,后面四个参数按缺省取值。
然后再来一个
MP,PRXY,1,0.20
MP,DENS,1,25E3
TB,MELA,1,0,9
TBTEMP,0
TBPT,,0.000100,3.3e6
TBPT,,0.000500,8.82e6
TBPT,,0.001000,15.11e6
TBPT,,0.001500,18.89e6
TBPT,,0.002000,20.15e6
TBPT,,0.002500,19.31e6
TBPT,,0.003000,18.47e6
TBPT,,0.003500,17.63e6
TBPT,,0.004000,16.79e6
这样的命令流，意思是先让混凝土的压碎判据失效，然后再定义一个本构关系，
这样是不是有矛盾？我觉得tb,concr,2就可以了，然后定义那前面四个参数就可以了，没有必要再弄BKIN准则，
不知道什么回事，，
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tb,concr,2 !定义2号为混凝土 1 上面的在这个地方应该是tb,concr,1
tbdata,,0.5,1.0,1.8,－1 !定义混凝土的张开裂缝剪力传递系数0.5,闭合裂缝传递系数1.0,
!单轴受拉极限强度,单轴受压极限强度－1,c1,c2,c3,c4,后面四个参数按缺省取值。
然后再来一个
MP,PRXY,1,0.20
MP,DENS,1,25E3
TB,MELA,1,0,9
TBTEMP,0
TBPT,,0.000100,3.3e6
TBPT,,0.000500,8.82e6
TBPT,,0.001000,15.11e6
TBPT,,0.001500,18.89e6
TBPT,,0.002000,20.15e6
TBPT,,0.002500,19.31e6
TBPT,,0.003000,18.47e6
TBPT,,0.003500,17.63e6
TBPT,,0.004000,16.79e6
我看，觉得没有理由这样做啊，希望大家给我答疑啊
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我这几天做了带约束拉杆的方钢管在水平荷载和垂直荷载下分析，
当solid65只定义concr破坏准则时，打开压脆，可以收敛，峰值和试验曲线基本相同，力－位移关系与试验曲线相差较大，
当同时定义本构关系，
我尝试用了2种，一种是随动强化模型，一种是dp模型
采用mkin模型时，本构关系采用了honstad本构关系，也试了韩林海老师的方钢管混凝土的约束混凝土本构，都试了考虑下降段和不考虑下降段的情况，
对dp材料模型，利用国内文献上出现的两种不同的计算c1,c2,c3的方法（计算结果相差较大）
这些尝试都没有达到最终的收敛效果，我参考的试验算例的变形位移角比较大，达到6%。我基本上没办法得到收敛的结果，我采用的是位移控制加载
前面的回贴好像已经有人做出来，而且效果不错，希望更详细介绍一下，谢谢

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1、solid45单元本身不带考虑开裂与压碎功能的，所以您打开和关闭压碎、拉裂，对他来说，对没有任何意义，不信，您可以检查一下您的结果，压根就看不到任何的裂缝！
2、我看了您的命令流，我的看法主要有：
一、混凝土材料的定义
您用的是
tb,concr,2 !定义2号为混凝土
tbdata,,0.5,1.0,1.8,34 !定义混凝土的张开裂缝剪力传递系数0.5,闭合裂缝传递系数1.0,
!单轴受拉极限强度,单轴受压极限强度－1,c1,c2,c3,c4,后面四个参数按缺省取值。采用ansys提供的专用的混凝土材料模型，该模型采用Willam & Warnke五参数破坏准则
!,solid65的本构关系的判断在破坏准则之前，按陆新征的建议，不采用压碎判据(crush)，设定单轴抗压强度=-1
tb,dp,2 !定义混凝土的本构关系采用Drucker-Prager(DP)材料模型
tbdata,,4.48,60.5,60.5 !定义solid65的Drucker-prager材料特性,粘聚力4.48,内摩擦角60.5,膨胀角60,考虑采用相关流动法则

我的建议是这样的：

TB,MELA,3,1,8, !定义混凝土的本构关系采用多折线非线弹性（mutilinearnonlinear elastic）材料模型，对于单调加载是合理的！
TBTEMP,0
TBPT,,0.0001,2.0
TBPT,,0.0005,9.73
TBPT,,0.0008,14.9
TBPT,,0.001,18
TBPT,,0.0015,24
TBPT,,0.002,30
TBPT,,0.0033,10
TB,CONC,3,1,9,
TBTEMP,0
TBDATA,,0.25,0.75,3.0,-1,, 定义混凝土的张开裂缝剪力传递系数0.5,闭合裂缝传递系数1.0,
!单轴受拉极限强度3.0,单轴受压极限强度－1,c1,c2,c3,c4,后面四个参数按缺省取值。
TBDATA,,,,,,,
二、求解控制设置
cnvtol,U,,0.05,2 !定义收敛条件,使用缺省的VALUE
我的设置是CNVTOL,F, ,0.005,2, ,
对于位移控制，我建议采用无穷级数控制，清华也是这样！

其他差不多！
三、其他建模我没有细看，您先试一试，如果有问题，继续讨论！

discrete rigidp(离散刚体)：任意形状的；在载荷作用下不可以变形； analytical rigid(解析刚体)：只可以用直线、圆弧和抛物线创建的形状；在载荷作用下不可以变形；

deformable (柔体)：任意形状的，可以包含不同维数的特征（实体、表面、线）；在载荷作用下可以变形