ANSYS整體式鋼筋混凝土模型算例

1、ANSYSS體式鋼筋混凝土模型算例 在土木工程結(jié)構(gòu)中，最為常用的一種結(jié)構(gòu)形式就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在各類房屋、 水壩、橋梁、道路中都有廣泛應(yīng)用。ANSYS軟件提供了專門的鋼筋混凝土單元和材料模型。本算例將介紹ANSYSC件分析混凝土一些基本應(yīng)用。(1) 首先建立有限元模型，這里我們選用 ANSY歌件自帶的專門針對(duì)混凝土的 單元類型 Solid 65 , 進(jìn)入 ANSYS 主菜單 Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete ，選擇添加 Solid 65 號(hào)混凝土單元。(2) 點(diǎn)擊 Element types 窗口中的 Options，設(shè)定 S

2、tress relax after cracking 為Include ,即考慮混凝土開裂后的應(yīng)力軟化行為，這樣在很多時(shí)候都可以提高計(jì)算的收斂效率。(3) 下面我們要通過(guò)實(shí)參數(shù)來(lái)設(shè)置Solid 65 單元中的配筋情況。進(jìn)入 ANSYS主菜單 Preprocessor-> Real Constants->Add/Edit/Delete，添加實(shí)參數(shù)類型 1 與Solid 65單元相關(guān)，輸入鋼筋的材料屬性為2號(hào)材料，但不輸入鋼筋面積，即這類實(shí)參數(shù)是素混凝土的配筋情況。(4) 再添加第二個(gè)實(shí)參數(shù)，輸入 X方向配筋為0.05，即X方向的體積配筋率為 5%(5) 下面輸入混凝土的材料屬性?；炷?/p>

3、土的材料屬性比較復(fù)雜，其力學(xué)屬性部 分一般由以下3部分組成：基本屬性，包括彈性模量和泊松比；本構(gòu)關(guān)系，定義等效 應(yīng)力應(yīng)變行為；破壞準(zhǔn)則，定義開裂強(qiáng)度和壓碎強(qiáng)度。下面分別介紹如下。(6) 首先進(jìn)入 ANSY S 主菜單 Preprocessor-> Material Props-> MaterialModels,在 Define Material Model Behavior 窗口中選擇 Structural-> Linear -> Elastic-> Isotropic，輸入彈性模量和泊松比分別為30e9和0.2(7) 下面輸入混凝土的等效應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，這里我們選

4、擇von Mises屈服面，該屈服面對(duì)于二維受力的混凝土而言精度還是可以接受的。在Define MaterialModel Behavior 窗口 中選擇 Structural-> Nonlinear-> Inelastic-> Rate Independent-> Isotropic Hardening Plasticity-> Mises Plasticity-> Multilinear ,輸入混凝土的等效應(yīng)力應(yīng)變曲線如下圖所示。(8) 最后輸入混凝土的破壞準(zhǔn)則,在 Define Material Model Behavior 窗口中選擇 Structu

5、ral-> Nonlinear-> Inelastic-> Non-metal Plasticity-> Concrete，設(shè)定混凝土的裂縫張開剪力傳遞系數(shù)為0.5 ,裂縫閉合剪力傳遞系數(shù)為0.9，混凝土的單軸抗拉強(qiáng)度為3e6,單軸抗壓強(qiáng)度為30e6,開裂軟化參數(shù)為1,其他空著使用默認(rèn)值。其參數(shù)具體意義參見混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析一書。(9) 接著還要定義鋼筋材料性質(zhì)。在 Define Material Model Behavior窗口菜單中選擇 Material-> New,加入新的材料。添加以下屬性： Structural->Linear->Elast

6、ic->Isotropic，設(shè)定材料的彈性模量為 2X 109,泊松比為 0.27 。進(jìn)入 Structural- Nonlinear->Inelastic-> Rate Independent->Isotropic Hardening Plasticity->Mises Plasticity->Bilinear,設(shè)定屈服強(qiáng)度為310e6,屈服后的切線模量為2e9。(10) 下面開始建立幾何模型，進(jìn)入ANSY費(fèi)菜單Preprocessor-> Modeling->Create-> Keypoints-> In Active CS，輸入

7、以下兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo) (0,0,0)和(3,0,0)(11) 進(jìn)入 ANSYE菜單 Preprocessor-> Modeling-> Copy-> Keypoints ,選 擇剛才建立的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，延Y軸方向復(fù)制0.05，然后再次選擇初次建立的關(guān)鍵點(diǎn)， 延Y軸方向復(fù)制0.5。(12) 進(jìn)入 ANSYS主菜單 Preprocessor-> Modeling-> Create-> Area->Arbitrary-> Through KPs ，選擇關(guān)鍵點(diǎn) 1,2,4,3 ,建立第一個(gè)面，選擇關(guān)鍵點(diǎn) 3,4,6,5 ,建立第二個(gè)面(13) 進(jìn)入 ANSY

8、S主菜單 Preprocessor-Modeling-Operate-Extrude-Areas-> By XYZOffset ,選擇剛才建立的兩個(gè)面，設(shè)定拉伸的高度為Z方向，距離為0.2 ,拉伸。完成幾何形體建模工作。得到的幾何體。(14) 完成幾何建模后下面要開始進(jìn)行網(wǎng)格劃分。首先指定幾何體的物理屬性。進(jìn)入 ANSYE菜單 Preprocessor-> Meshing-> MeshAttributes-> Picked Volumes, 選擇Volume 1(相對(duì)小一些的那個(gè))，設(shè)定物理屬性如下，注意此時(shí)的實(shí)參數(shù)為配筋 混凝土。(15) 同樣選擇 Volume 2

9、,設(shè)定其物理屬性如圖，注意此時(shí)的實(shí)參數(shù)為素混凝 土。(16) 下面進(jìn)入 ANSY費(fèi)菜單 Preprocessor-> Meshing-> Size Cntrls-> ManualSize-> Global-> Size，設(shè)定單元最大尺寸為 0.2。(17) 進(jìn)入 ANSY弘菜單 Preprocessor-> Meshing-> Volumes-> Mapped-> 4 to 6 sided ,選擇所有的實(shí)體，完成網(wǎng)格劃分。(18) 完成建模后就可以進(jìn)入求解步驟。進(jìn)入ANSYS主菜單 Solution->Analysis Type-&g

10、t; New Analysis，設(shè)定分析類型為Static。進(jìn)入 ANSYS主菜單Solution-> Analysis Type-> Sol'n Controls ，在 Solution Controls 的 Basic 頁(yè)面設(shè)置預(yù)期分析子步數(shù)為20步，最小步數(shù)為20步，每步都輸出結(jié)果。(19) 在 Solution Controls 窗口的 Nonlinear 頁(yè)面設(shè)置 Always iteration to25 equilibrium iterations，避免不必要的荷載步長(zhǎng)折減。點(diǎn)擊 Set convergencecriteria，設(shè)定收斂標(biāo)準(zhǔn)為力的二范數(shù)，誤差容

11、限為0.02 o(20) 進(jìn)入 ANSYE菜單 Solution-> Define Loads-> Apply-> Structural-> Displacement-> On Nodes，選擇 Node 3、35、16、48,添加 Y 方向位移約束。選 擇Node 35,約束所有自由度，選擇 Node 48,約束Z方向自由度。(21) 下面輸入荷載。進(jìn)入 ANSY就菜單 Solution-> Define Loads-> Apply-> Structural-> Displacement-> On Nodes ，選擇 Node 75

12、 和 123,添加 Y 方向位移 荷載，大小為-0.01 o(22) 進(jìn)入ANSY弘菜單Solution-> Solve-> Current LS,求解當(dāng)前荷載工況。中間會(huì)出現(xiàn)兩次警告信息，點(diǎn)擊繼續(xù)執(zhí)行(Proceed)(23) 進(jìn)入ANSY弘菜單TimeHist Postproc時(shí)程后處理器，添加時(shí)程變量節(jié)點(diǎn) 75的Y方向位移和Y方向反力。選擇用節(jié)點(diǎn) 75的Y方向位移為橫坐標(biāo)，繪制 Y方 向反力。得到荷載位移曲線如圖。(24) 選擇 ANSYS®部菜單 PlotCtrls->Device Options ，在 Device Options 窗口 中設(shè)置 Vecto

13、r model (wireframe)為 On。進(jìn)入 ANSYS主菜單 General Postproc->Plot Results->Concrete Plot-> Crack Crush ,得到結(jié)構(gòu)最終混凝土裂 縫分布說(shuō)明：本信息在土木工程結(jié)構(gòu)中，最為常用的一種結(jié)構(gòu)形式就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在各類房 屋、水壩、橋梁、道路中都有廣泛應(yīng)用。ANSYS<件提供了專門的鋼筋混凝土單元和材料模型。本算例將介紹 ANSY歆件分析混凝土一些基本應(yīng)用。(1)首先建立有限元模型，這里我們選用 ANSY歌件自帶的專門針對(duì)混凝土的 單元類型 Solid 65 , 進(jìn)入 ANSYS 主菜單

14、Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete ，選擇添加 Solid 65 號(hào)混凝土單元。進(jìn)入 ANSYE菜單 Preprocessor-> Meshing-> MeshAttributes-> Picked Volumes,(2) 點(diǎn)擊 Element types 窗口中的 Options，設(shè)定 Stress relax after cracking 為Include ,即考慮混凝土開裂后的應(yīng)力軟化行為，這樣在很多時(shí)候都可以提高計(jì)算的收斂效率。(3) 下面我們要通過(guò)實(shí)參數(shù)來(lái)設(shè)置Solid 65 單元中的配筋情況。進(jìn)入 A

15、NSYS主菜單 Preprocessor-Real Constants->Add/Edit/Delete，添加實(shí)參數(shù)類型 1 與Solid 65單元相關(guān)，輸入鋼筋的材料屬性為2號(hào)材料，但不輸入鋼筋面積，即這類實(shí)參數(shù)是素混凝土的配筋情況。(4) 再添加第二個(gè)實(shí)參數(shù)，輸入 X方向配筋為0.05，即X方向的體積配筋率為 5%(5) 下面輸入混凝土的材料屬性?；炷恋牟牧蠈傩员容^復(fù)雜，其力學(xué)屬性部 分一般由以下3部分組成：基本屬性，包括彈性模量和泊松比；本構(gòu)關(guān)系，定義等效 應(yīng)力應(yīng)變行為；破壞準(zhǔn)則，定義開裂強(qiáng)度和壓碎強(qiáng)度。下面分別介紹如下。(6) 首先進(jìn)入 ANSY S 主菜單 Preproces

16、sor-Material Props-> MaterialModels,在 Define Material Model Behavior 窗口中選擇 Structural- Linear -> Elastic-> Isotropic，輸入彈性模量和泊松比分別為30e9和0.2(7) 下面輸入混凝土的等效應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，這里我們選擇von Mises屈服面，該屈服面對(duì)于二維受力的混凝土而言精度還是可以接受的。在Define MaterialModel Behavior 窗口 中選擇 Structural-> Nonlinear-> Inelastic-> Rat

17、e Independent-> Isotropic Hardening Plasticity-> Mises Plasticity-> Multilinear ,輸入混凝土的等效應(yīng)力應(yīng)變曲線如下圖所示。(8) 最后輸入混凝土的破壞準(zhǔn)則,在 Define Material Model Behavior 窗口中選擇 Structural-> Nonlinear-> Inelastic-> Non-metal Plasticity-> Concrete，設(shè)定混凝土的裂縫張開剪力傳遞系數(shù)為0.5 ,裂縫閉合剪力傳遞系數(shù)為0.9，混凝土的單軸抗拉強(qiáng)度為 3e6,

18、單軸抗壓強(qiáng)度為30e6,開裂軟化參數(shù)為1,其 他空著使用默認(rèn)值。其參數(shù)具體意義參見混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析一書。(9) 接著還要定義鋼筋材料性質(zhì)。在 Define Material Model Behavior窗口菜單中選擇 Material-> New,加入新的材料。添加以下屬性： Structural->Linear->Elastic->Isotropic，設(shè)定材料的彈性模量為 2X 109,泊松比為 0.27 。進(jìn)入 Structural- Nonlinear->Inelastic-> Rate Independent->Isotropic Hard

19、ening Plasticity->Mises Plasticity->Bilinear,設(shè)定屈服強(qiáng)度為310e6,屈服后的切線模量為2e9。(10) 下面開始建立幾何模型，進(jìn)入ANSY費(fèi)菜單Preprocessor-> Modeling->Create-> Keypoints-> In Active CS，輸入以下兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo) (0,0,0)和(3,0,0)(11) 進(jìn)入 ANSYE菜單 Preprocessor-> Modeling-> Copy-> Keypoints ,選 擇剛才建立的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，延Y軸方向復(fù)制0.05，然后再次選

20、擇初次建立的關(guān)鍵點(diǎn)， 延Y軸方向復(fù)制0.5。(12) 進(jìn)入 ANSYS主菜單 Preprocessor-> Modeling-> Create-> Area-> Arbitrary-> Through KPs ，選擇關(guān)鍵點(diǎn) 1,2,4,3 ,建立第一個(gè)面，選擇關(guān)鍵點(diǎn) 3,4,6,5 ,建立第二個(gè)面(13) 進(jìn)入 ANSYS主菜單 Preprocessor-> Modeling-> Operate-> Extrude->Areas-> By XYZOffset ,選擇剛才建立的兩個(gè)面，設(shè)定拉伸的高度為Z方向，距離為0.2 ,拉伸。完成幾

21、何形體建模工作。得到的幾何體。(14) 完成幾何建模后下面要開始進(jìn)行網(wǎng)格劃分。首先指定幾何體的物理屬性。選擇Volume 1(相對(duì)小一些的那個(gè))，設(shè)定物理屬性如下，注意此時(shí)的實(shí)參數(shù)為配筋 混凝土。(15) 同樣選擇 Volume 2 ,設(shè)定其物理屬性如圖，注意此時(shí)的實(shí)參數(shù)為素混凝 土。(16) 下面進(jìn)入 ANSY費(fèi)菜單 Preprocessor-> Meshing-> Size Cntrls-> ManualSize-> Global-Size，設(shè)定單元最大尺寸為 0.2。(17) 進(jìn)入 ANSY弘菜單 Preprocessor-> Meshing-> Vo

22、lumes-> Mapped-> 4 to 6 sided ,選擇所有的實(shí)體，完成網(wǎng)格劃分。(18) 完成建模后就可以進(jìn)入求解步驟。進(jìn)入ANSYS主菜單 Solution->Analysis Type-> New Analysis，設(shè)定分析類型為Static。進(jìn)入 ANSYS主菜單Solution-> Analysis Type-> Sol'n Controls ，在 Solution Controls 的 Basic 頁(yè)面設(shè)置預(yù)期分析子步數(shù)為 20步，最小步數(shù)為20步，每步都輸出結(jié)果。(19) 在 Solution Controls 窗口的 Nonlinear 頁(yè)面設(shè)置 Always iteration to25 equilibrium iterations，避免不必要的荷載步長(zhǎng)折減。點(diǎn)擊 Set convergenc