C型钢缀板柱的有限元模拟方法研究

缀板柱以其制造简便、稳定性高且价格低廉的优势,在工程钢结构中得到了广泛应用,如何准确模拟缀板与立柱之间的连接情况,是工程结构有限元模拟时的重要问题。文章采用有限元软件ANSYS,研究C型钢缀板柱中缀板与立柱之间连接情况的有限元模拟问题,通过对比单元整体建模与节点耦合建模的模拟结果,分析了节点耦合连接方法的模拟原理并提出了使用时的注意事项。计算分析表明:整体建模模拟效果较好但不便于模型修改和精细化模拟,节点耦合便于修改但需要考虑耦合方法和连接面积。文章提出的简化统一耦合方法模拟效果好,适应性强,对于工程实践中的有限元模拟工作具有一定指导意义。

基于ANSYS平台非线性分析的RC构件建模方法

分离式模型的建立是钢筋混凝土结构和构件仿真中的关键问题,本文基于A N S Y S平台,以某钢筋混凝土实腹深梁为算例,开展2种共节点建模方法和2种不共节点建模方法下的非线性有限元对比分析,探讨建模方法对于仿真结果的影响。结果表明:节点生成切割法与弱耦合法在极限承载力和变形能力等方面的数值模拟结果较接近且均与试验结果较吻合,而强耦合法得出的极限承载力偏高;基于布尔运算切割几何模型的共节点建模方式,适用于形状规整、配筋简单的构件;在钢筋节点与混凝土节点之间,通过节点位移就近耦合的原则建立刚性连接的强耦合法,以及通过节点位移约束方程建立柔性连接的弱耦合法,都有着更强的通用性,能够完成边界条件或配筋方式复杂的构件建模,但相比之下,强耦合法计算精度略低,弱耦合法实现难度较高,所以在工程仿真中需要根据构件的几何特点和配筋方式选择合适的建模方法。

某近40m高单层重型钢结构厂房结构设计

采用MIDAS和PKPM软件对绿色新型路面材料厂房模型进行分析,同时采用midas FEA NX对复杂关键节点进行有限元分析。介绍了厂房的结构体系选型,构件布置和选型、整体模型,以及构件分析结果、节点有限元分析结果。结果表明,较高的厂房采用格构式柱和桁架的结构形式,能有效提高结构刚度和稳定性,同时可节省一定的钢材。

输电塔连接节点有限元参数化建模与分析

现行规范对输电塔上部结构与基础连接节点的底板简化计算,该节点整体承载力裕度不明确。为有效地建立该节点的有限元模型,判断该节点整体安全裕度,通过采用ABAQUS软件从单元类型、材料属性、模型装配、接触形式、边界条件、分析步设置、荷载计算和加载设置等方面对该节点进行了有限元参数化建模,并对底板厚度进行优化分析。结果表明:该节点破坏形式为靴板与主角钢的连接螺栓在接触平面发生剪切破坏;与现行规范的计算结果相比,有限元计算能充分考虑连接节点整体受力和塑性性能,优化后底板厚度可有效减少。该研究成果为该节点的安全评估提供了合理的参考依据,也为后续输电塔整体加固奠定了研究基础。

基于分离式共结点模型的钢筋混凝土结构爆破拆除数值模拟

通过大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,充分考虑钢筋和混凝土在结构倒塌时各自的受力状态和强度差异,运用分离式共节点模型模拟钢筋混凝土结构建筑物的爆破拆除倒塌过程。通过对倒塌过程中钢筋混凝土支撑立柱内侧和外侧的钢筋单元、混凝土单元的承载失效过程分析研究,对数值模拟效果与实际爆破效果对比分析得出:分离式共结点模型可以充分体现结构倒塌过程中钢筋和混凝土材料的承载失效差异,可以用来准确地模拟结构的倒塌过程。

砌体墙侧向受力性能精细有限元模拟

运用有限元分析软件ABAQUS中的三维六面体缩减积分单元C3D8R来模拟单砖模型,并在六面体单元之间通过引入同时考虑黏结作用和损伤破坏特性的黏性界面模型来模拟砖-砖之间的砂浆层,在弹性阶段考虑其黏结刚度,在塑性阶段引入损伤产生和演化准则来模拟界面的开裂.基于该三维实体单元和黏性接触界面模型,建立能够较好模拟砌体墙侧向受力性能的分离式有限元模型.通过比较精细有限元模拟结果与无构造柱不开洞单层砖砌体墙实验结果,发现极限荷载的吻合情况较好,极限承载力的模拟误差可以达到2.7%,但是极限荷载下的位移值和最大裂缝宽度数值的模拟误差分别达到10%和27%.结果证明:所提出的三维分离式有限元模型能较准确地计算砌体墙的侧向承载力及其刚度的变化规律,并能有效地模拟砌体墙开裂的情况,与砌体墙的实验结果吻合较好.精细有限元计算结果可以为在役结构中的类似砌体墙的抗震性能计算提供参考.

生物组织有限元建模与分析

组织工程是生物工程中的一个重要部分 ,是多学科交叉而形成的新工程学科 .利用有限单元法进行组织工程中的组织应力分析具有重要意义 .研究了对生物组织采用逆向建模和基于公共界面有限元网格划分技术 。

框-筒结构建筑物的折叠爆破拆除

采用共节点分离式钢筋混凝土模型,对框-筒结构折叠倒塌进行了三维数值模拟,包括底部起爆和顶部起爆2种方式,并且在底部起爆方式中,采用了不同切口高度和延迟时间。对结构的倒塌过程、支撑立柱的破坏过程进行了比较分析。结果表明:采用底部起爆时,结构下部压碎程度较采用顶部起爆严重;同为底部起爆,延迟时间0.25 s的结构破碎比0.5 s严重;底层立柱采用不同的切口高度和延迟时间,结构的倒塌方向发生了改变,结构略向南倾倒;支撑柱的破坏过程不同,对结构的后坐距离产生影响,采用底部起爆时,结构的后坐距离小于顶部起爆。通过对混凝土和钢筋单元受力过程进行的分析,共节点分离式模型能够反映钢筋和混凝土2种材料的力学性能差异。

高耸筒形结构爆破拆除的数值模拟

采用共节点分离式钢筋混凝土模型,通过比较分析塔体缺口中间有切缝与无切缝设计2种方案,对典型高耸筒形结构冷却塔爆破拆除过程进行了三维数值模拟。对混凝土和钢筋单元的受力过程进行分析,共节点分离式模型可以体现混凝土和钢筋材料的力学性能差异;采取切缝设计可减小结构倒塌过程中的下坐与后坐倾向,促使塔体后部严重扭曲变形,使塔身解体比较完全,缩短整体倒塌时间,减小爆堆范围。

数值模拟在冷却塔爆破拆除中的应用

针对目前双曲线冷却塔爆破拆除数值模拟中往往采用整体式模型的实际情况,为了更加真实的反映出钢筋混凝土在拆除爆破过程中的力学特性,基于ANSYS/LS—DYNA建立了分离式共节点模型,并结合工程实例进行对比分析。结果表明,利用分离式共节点模型能准确反映出冷却塔倒塌过程中变形扭曲—扭转撕裂—自由塌落的运动过程,模拟的结果与实际的爆破过程极为相似。因此可认为,利用分离式共节点模型可对爆破拆除方案进行预演从而为方案的优化提供参考和借鉴。

基于单元重构与节点分离的大型地下洞室软弱结构面模拟方法

针对在大型地下洞室中软弱结构面难以合理模拟的问题,通过引进"单元重构-节点分离"思想,提出了新的非连续软弱结构面模拟方法.将该方法用于实际地下厂房模型中并模拟出非连续结构面,并将该重构模型导入计算程序,与常规连续有限元模型的计算结果进行对比.结果表明,重构模型能够用于数值计算,计算结果在非连续结构面附近呈现非连续性,且计算结果所反映的规律与所认识规律基本一致,能够反映真实的结构面赋存状态.因此,该软弱结构面建模方法实现了结构面的非连续化,为大型地下洞室的复杂地质非连续结构面模拟提供了新的实现途径.

大型复杂机械节点导入建模及有限元分析

针对一般有限元软件在大型复杂机构建模和划分网格方面的局限性,提出了节点导入有限元建模法。采用三维建模软件建立节点布局图,并提取源坐标数据,结合有限元分析软件建立有限元模型,同时完成网格划分,并成功地将此建模方法应用于大型振动筛的建模与分析。结果表明,这种建模方法使计算和存储大为简便,可为设计人员提供设计参考。

砌体填充墙RC框架结构平面内抗震性能有限元模拟

砌体填充墙RC框架结构是我国建筑结构中普遍采用的结构形式,历次地震震害表明填充墙的刚度效应和约束效应改变了主体结构的传力机理,导致整体结构的严重破坏。为了分析其砌体填充墙RC框架侧向承载力和刚度,研究砌体填充墙与RC框架之间的相互协同工作机理和砌体填充墙的开裂模式以及砂浆层的滑移,该文利用三维实体单元和基于表面的粘性接触面模型和摩擦原理,建立一种能够较好地模拟其平面内抗震性能的分离式有限元模型。对一个已有试验分别建立普通有限元模型和分离式有限元模型,二者的分析结果与试验结果的对比表明,分离式有限元模拟方法可以更加准确地预测砌体填充墙RC框架结构的侧向承载力和刚度,并且可以有效地模拟出砌体填充墙的开裂模式,通过塑性应变可以判断出RC构件的失效。

爆炸冲击震动对砖墙破坏作用的数值模拟

砖墙在爆炸冲击震动作用下的动力反应非常复杂,本构关系很难精确建立。本文阐述了砖墙几种常用的有限元模拟方法,分析各种方法的优缺点,确定采用一种砖块和砂浆分开的精细化建模的三维砖墙有限元模型;通过LS-DYNA软件,得到砖墙在水平爆炸冲击震动荷载下的破坏过程,计算结果与实验现象很好。研究表明:该种分析模型综合考虑了砖块和砂浆之间复杂的相互作用,并且对砂浆层进行了单独建模,保证了砖墙在数值模拟上的真实性和正确性,因此可以准确地模拟出实验中砖块之间砂浆层的损伤积累破坏。

断层面的有限单元模拟方法综述

有限单元法是研究地球科学问题的重要工具之一。本文概述了国内外学者利用以连续介质理论为基础的有限单元法研究地学,特别是地震学、地壳形变学科时,对具有非连续性特点的断层所采用的几大主流处理方法,并阐述了各断层模型基础上(弱化带模型、劈节点模型、接触模型以及块体模型)所展开的地学研究。

钢筋混凝土烟囱高位切口爆破拆除数值模拟研究

为进一步研究复杂条件下高耸烟囱分段控制爆破拆除技术,利用高速摄影对钢筋混凝土烟囱高位切口上段筒体爆破拆除倒塌过程进行拍摄,并采用共节点分离式模型,利用DYNA非线性有限元软件对烟囱上段筒体爆破拆除倒塌过程进行了数值计算。结果表明:数值模拟结果和实际吻合较好;高位切口上段筒体倒塌过程可分为爆破切口形成、切口支撑部位变形破坏、筒体下座及定向倾倒和触地解体破碎四个阶段;高位爆破切口形成后,烟囱经历2 s左右时间进行应力重新分布是烟囱完成安全、定向准确爆破拆除的关键条件;高位切口支撑部位变形破坏由受压区开始,向受拉区发展,在此过程中,中性轴向后移动,轴向钢筋受压屈服。

布孔方式对支撑梁爆破拆除的影响机制

支撑梁爆炸毁伤破坏效应的数值模拟及理论研究是创新改进爆破拆除方法的前提。结合钢筋混凝土支撑梁爆破拆除工程实际,针对垂直布孔与多向协同布孔分别建立其共节点分离式模型,比较分析梁内Von Mises等效应力分布规律、爆炸荷载空间分布特点及其破碎形态。结果表明:相邻炮孔炸药能量分别在50μs、60μs开始耦合叠加,叠加区应力水平显著增高;在混凝土碎胀效应及反射拉伸波共同作用下,支撑梁表面材料单元以拉伸破坏为主;相同炸药单耗时,多向协同布孔法可促进梁内爆炸荷载的均匀分布,有效改善拆除效果;材料失效演变过程表明,支撑梁破碎形态分别在255μs、265μs时刻稳定下来,采取先下后上的起爆顺序,能有效防治爆破飞石危害。

基于不同刀具前角金属直角切削的数值模拟

基于大变形一大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法,建立二维弹塑性金属直角切削有限元模型;采用几何分离准则(距离准则)判断材料的分离,并自动对畸变网格进行重划分;通过用不同的刀具前角对金属直角切削过程进行数值模拟,分析总结结果,得出直角切削过程中在不同切削前角时切削力、刀具与工件的温度、应力应变的分布情况,为选用刀具形状、提高切削表面质量提供了理论依据。

钢筋混凝土观光塔爆破拆除及数值模拟

运用大型有限元分析ANSYS/LS-DYNA软件,尝试采用共节点分离式钢筋混凝土模型,对某观光塔爆破拆除倒塌过程进行了数值模拟分析。分析了底部承重柱的受力情况,充分考虑钢筋混凝土在结构倒塌时各自的受力状态和强度差异,对混凝土和钢筋单元的受力过程进行分析,研究证明该共节点分离式模型能够很好反映钢筋和混凝土2种材料的力学性能差异,模拟与实际拆除结果吻合很好。

新型三角形弹簧质点模型及弹簧参数确定

针对任意单元形状和材料参数,通过引入附加节点和附加弹簧建立了一种三角形弹簧质点模型.首先给出弹簧刚度参数及附加节点坐标的解析公式,以实现有限元模型和弹簧质点模型三角形单元刚度矩阵的精确相等;然后考虑弹簧质点模型中可能出现的负刚度弹簧,进一步完善了弹簧质点模型形变计算方法.基于平面柔性体的数值模拟结果表明,文中提出的弹簧质点模型和形变计算方法精度好、效率高,且更具通用性.