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文檔簡介
1、ANSYS在土木工程行業(yè)的應用安全 、環(huán)保、宜居提要前言:中國的基礎設施建設,持續(xù)發(fā)展工程設計與建造水平提升,需要更先進的軟件支撐ANSYS的土木工程應用土木工程的仿真分析模型工程設計與建造安全性分析災害及突發(fā)事件性能化分析綠色節(jié)能及建筑環(huán)境舒適性建造智慧城市的仿真分析土木工程(Civil Engineering),是建造各類工程設施的科學技術的統(tǒng)稱。包括 住宅、公共建筑、市政設施、能源設施、環(huán)保設施、鐵路、公路、港口、水利 等等領域。中國,全世界的工程奇跡持續(xù)的、大規(guī)模的基礎設施建設:每年新增建筑面積超過20億平方米,房 地產(chǎn)投資9.6萬億交通、環(huán)境、水利、市政等基礎設施投 資10萬億,20
2、多年年均10%以上增速2008年,基礎設施建設投資1.5萬億2014-2016年,七大工程包,400個基 礎設施項目,總投資10萬億新建房屋占全世界50%以上,消耗全世 界40%的水泥和鋼材。國內(nèi)設計企業(yè)在設計施工、生產(chǎn)質量方 面已經(jīng)處于世界領先水平對外承包工程業(yè)務年均增長率27.1%中國基礎設施條件,依舊面臨諸多挑戰(zhàn)中國在建筑、交通、環(huán)境、能源、市政、公共服務等領域的基礎設 施水平,有了長足發(fā)展,但與發(fā)達國家相比,仍然差距很大,特別 是在自然災害、突發(fā)事件、宜居環(huán)境等方面。對自然災害的防災及減災能力對突發(fā)事故的預測及應對能力對社會生產(chǎn)居民生活的服務能力對節(jié)能環(huán)保、綠色宜居的支撐能力土木工程設
3、計與建造的新需求新挑戰(zhàn)新材料新技術的安全運用能源短缺及環(huán)保要求設計規(guī)范更為嚴格的要求體型與結構的重大創(chuàng)新多種自然災害及突發(fā)事故降低成本、縮短周期、 控制施工安全風險CAE仿真分析有著巨大的發(fā)揮空間Reducing Cost ofConstruction and Services降低建造與維護成本To make construction affordable to a larger audience across geographiesBuilding InformationModeling (BIM)與信息化技術接軌To accelerate, share and globalize the
4、processMaximizing Passive Safety安全設計To protect people and ownership in any circumstanceGreen Building綠色建筑To make building comfortable and more affordableSmart Buildings智慧建筑To adjust to a changing environment and activitiesAutomatic Compliance to Building Codes滿足設計規(guī)范要求To ensure compliance from the ea
5、rly stage no matter of local regulations仿真驅動的土木工程設計當今,任何大型復雜工程的設計過程,都需要大量的CAE仿真分析驗證設計可行性、建造安全性、環(huán)境友好性CAE仿真分析有了更大的發(fā)揮空間Some pictures, courtesy of Immergas S.p.A., Scott TaylorExternal aerodynamicsVentilationEquipment designModeling of structureEarthquake analysisDomestic burner designSoil mechanism mod
6、elingImpact of objects on windowANSYS服務于土木工程及基礎設施設計與建造的 多個學科領域ANSYS是一個多學科多物理場的仿真技術“體系”流體結構電磁Systems and MultiphysicsANSYS Simplorer ANSYS Workbench ANSYS HPC ANSYS EKMANSYS DesignXplorerANSYS FLUENT ANSYS CFXANSYS IcepakANSYS HFSSANSYS Maxwell ANSYS Q3DANSYS Mechanical ANSYS LS-DYNAANSYS nCode ANSYS
7、 Acoustics土木工程領域的ANSYS仿真分析系統(tǒng)工程力學原理有限體積法有限元法其他數(shù)值計算方法工程結構仿真:ANSYS Mechanical流體力學仿真:Fluent, CFX, 電氣及工控系統(tǒng)仿真:Maxwell、HFSSCAD建模與BIM信息系統(tǒng)ANSYS仿真分析系統(tǒng)(仿真平臺)土木工程的仿真分析模型工程設計與建造安全性分析綠色節(jié)能及建筑環(huán)境舒適性建造智慧城市的仿真分析災害及突發(fā)事件性能化分析工程信息模型( BIM )(building Information Modeling)BIM是工程設計與建造技術革新的重要方向:建立工程模型,實現(xiàn)數(shù)字化和三維化的信息展現(xiàn),并進行仿真模擬。各
8、專業(yè)(結構、給排水、通風、電氣)基于統(tǒng)一的模型為工程規(guī)劃、設計、建造、維護、翻新、拆除,提供全周期管理模型BIM的發(fā)展,對CAE仿真分析的深化有極大促進基于BIM信息模型,仿真分析所需的幾何模型、材料參數(shù)、建造過 程、周邊環(huán)境等信息,均可快速獲取BIM信息,甚至直接使用BIM 模型進行仿真模擬瀾滄江梯級水電站的BIM工程模型及結構分析幾何模型.X_T 工程信息XML(材料、荷載)Microstation的BIM信息模型ANSYS的地下廠房結構分析模型華東院,苗尾水電站效果圖中央電視臺的施工過程分析模型CCTV效果圖中建集團完成的ANSYS結構分析模型上海中心大廈的結構動力學分析模型上海中心大廈
9、的地震動力學分析建筑內(nèi)部環(huán)境模型-辦公樓及幕墻模型基于BIM建筑信息模型,做內(nèi)流場分析,優(yōu)化建筑內(nèi)部的通風及散 熱火力發(fā)電廠的BIM信息模型及污染物擴散分析基于火電廠的煙囪、冷卻塔群及周邊環(huán)境,建立污染物擴散的流場 分析模型結構有限元建模技術ANSYS幾何建模功能:適合各類復雜工程的結構造型大到城市整體、小到局部零件著名的命令流APDL全新的建模工具與BIM工程三維模型銜接ANSYS SpaceClaim Direct Modeler,2009 年推出基于直接建模思想的三維幾何建模工具三維直接建模技術非常容易的編輯與修復中性幾何模型的參數(shù)化2D到3D建模豐富的幾何接口有限元分析模型的網(wǎng)格劃分技
10、術ANSYS可以處理各種結構及流場的網(wǎng)格:更強大更豐富的網(wǎng)格算法,適用不同工程問題通過高質量網(wǎng)格,提高計算精度四面體網(wǎng)格劃分算法Patch ConformingPatch Independent六面體網(wǎng)格劃分算法Thin SweepGeneral SweepMulti ZoneHex-Dominant完善的網(wǎng)格控制措施總體控制措施局部控制措施土木工程領域的ANSYS仿真分析系統(tǒng)工程力學原理有限體積法有限元法其他數(shù)值計算方法工程結構仿真:ANSYS流體力學仿真:Fluent, CFX, 電氣及工控系統(tǒng)仿真:Maxwell、HFSSCAD建模與BIM信息系統(tǒng)ANSYS仿真分析系統(tǒng)(仿真平臺)土木工
11、程的仿真分析模型工程設計與建造安全性分析綠色節(jié)能及建筑環(huán)境舒適性建造智慧城市的仿真分析災害及突發(fā)事件性能化分析施工過程仿真分析預應力(張拉及松弛損失等)流固耦合分析風振分析/風洞試驗模擬分析熱應力分析結構優(yōu)化設計整體受力分析局部應力分析反應譜分析(單點/多點輸入) 彈塑性時程分析靜力彈塑性分析(Pushover)動力彈塑性分析隔震、消能減震及支座沉降分 析沖擊/碰撞分析斷裂與疲勞損傷分析工程設計與建造中的常見結構分析類型復合材料模塊 海洋工程模塊 顯式非線性模塊 疲勞分析模塊 結構優(yōu)化模塊 建模工具模塊 高性能計算模塊新的Workbench仿真集成環(huán)境 適合多場耦合、復雜三維模型經(jīng)典APDL應
12、用環(huán)境,適合土木工程的桿系結構為各行業(yè)用戶定制開發(fā)的專用仿真系統(tǒng)山東電力院,電廠脫硫裝置工藝分析系統(tǒng)ANSYS的有限元結構分析功能成熟的單元技術和矩陣算法豐富的前后處理功能計算效率和精度的保證推薦:ANSYS全新的有限單元技術體系ANSYS用近十年時間,完成了有限單元技術的更新?lián)Q代,新的單元族,融合了新計算技術,通用性更好,更便于使用,舊的單元類型,不再推薦使用,包括Solid45、Beam4、Link10等推薦:ANSYS中擴充的巖土及混凝土非線性分析模型彈性線彈性多線性彈性鄧肯張模型(二次開發(fā))多孔介質彈性摩爾庫倫模型 擴展DP模型帶帽修正DP模型非線性CamClay劍橋模型節(jié)理巖體模型混
13、凝土模型DP混凝土彈 塑性模型 混凝土開裂 模型ANSYS17.0:擴充了非線性材料本 構庫,主要用于土木工程,模擬地 基、樁基、隧道、基坑、節(jié)理巖體、 混凝土等復雜材料非線性分析推薦:使用高性能并行計算技術ANSYS提供強大的HPC高性能并行計算技術大型模型的導入及網(wǎng)格劃分,并行!結構分析網(wǎng)格,并行分網(wǎng)速度提升27倍線性、非線性、靜力學、動力學求解,并行!支持完全分布式的并行求解,求解速度提升20倍非常適合大規(guī)模的動力學、非線性問題核電站設計與運營中安全殼的開孔應力集中分析Courtesy of CTC, Tokyo, Japan And CAE Associates核電站廠房結構的超規(guī)范問
14、題驗算核電工程結構的超厚混凝土結構,經(jīng)典薄板或墻元方法誤差較大:樓板和墻體,近0.5米厚,比常規(guī)板殼厚一倍以上ANSYS基于彈性力學的中厚板殼有限元理論,比簡化計算方法更為準確配筋計算結果:左圖樓板上部鋼筋,右圖樓板下部鋼筋故宮、大雁塔的古建筑抗震分析及加固模型“鳥巢”鋼結構節(jié)點的局部塑性分析結構非線性時程及節(jié)點塑性分析-100-50010050010203040t(s)a(gal)鳥巢的施工過程非線性分析鳥巢拆撐過程模擬中央電視臺施工過程的變形及合攏分析ANSYS的風工程仿真分析倫敦Bishopsgate Tower風荷載校核分析建筑物表面壓力仿真結果上海鐵路南站風荷載及靜動力響應研究上海鐵
15、路南站的屋蓋體型優(yōu)化國外Zaragoza大壩施工過程分析大壩施工過程模擬:單元非線性模擬施工過程混凝土水化熱應力分析地下工程的施工過程安全性地下工程的混凝土結構受力分析回填過程模擬襯砌內(nèi)力計算襯砌配筋設計土木工程領域的ANSYS仿真分析系統(tǒng)工程力學原理有限體積法有限元法其他數(shù)值計算方法工程結構仿真:ANSYS流體力學仿真:Fluent, CFX, 電氣及工控系統(tǒng)仿真:Maxwell、HFSSCAD建模與BIM信息系統(tǒng)ANSYS仿真分析系統(tǒng)(仿真平臺)土木工程的仿真分析模型工程設計與建造安全性分析綠色節(jié)能及建筑環(huán)境舒適性建造智慧城市的仿真分析災害及突發(fā)事件性能化分析建筑工程的抗震性能化分析新版建
16、筑抗震設計規(guī)范GB50011-2010,增加了建筑抗震性能化設 計?;谛阅艿目拐鹪O計是國際上的發(fā)展趨勢,從抗震設計的宏觀定性 目標向基于量化的多重目標過度,并由業(yè)主選擇性能目標結構設計采用基于性能的抗震設計理念和方法是可行的。一般而言, 超200m的超限高層,要進行彈塑性時程分析。超300m或新型結構體 系或特別復雜的超限高層,要由另一個單位,采用不同軟件獨立計 算校核。抗震性能化設計,需要ANSYS強大的有限元計算核心支撐:完整的抗震動力學分析類型高效率的求解性能:并行計算國際認可的計算精度和可靠性對各類建筑體型和結構的通用性結構動力時程分析分析用來計算結構對隨時間變化載荷的響應國家大劇院
17、的時程分析成都某高層建筑的時程分析100500-50-100010203040t(s)a(gal)結構動力時程分析圖書館火災模擬及消防性能化分析圖書館火災模擬及性能化分析模擬不同通風方式的火災狀況,分析煙氣蔓延過程。對比不同方案,為消防性能化設計提供參考。提供煙氣 蔓延的位置及時間,為人員疏散路線提供方案120s240s360s480s600s720s120s240s360s480s600s720s圖書館模型圖圖書館火源模型圖火災發(fā)生及蔓延仿真,分析人員疏散行為及路線通過ANSYS仿真分析,掌握目標場所內(nèi)的人員移動規(guī)律優(yōu)化大型和繁忙場所的火災安全設計驗證建筑物空間設計是否符合相關消防法規(guī)土木工
18、程領域的ANSYS仿真分析系統(tǒng)工程力學原理有限體積法有限元法其他數(shù)值計算方法工程結構仿真:ANSYS流體力學仿真:Fluent, CFX, 電氣及工控系統(tǒng)仿真:Maxwell、HFSSCAD建模與BIM信息系統(tǒng)ANSYS仿真分析系統(tǒng)(仿真平臺)土木工程的仿真分析模型工程設計與建造安全性分析綠色節(jié)能及建筑環(huán)境舒適性建造智慧城市的仿真分析災害及突發(fā)事件性能化分析綠色節(jié)能與建筑環(huán)境舒適性建筑設計中,除了滿足基本的功能要求和安全性要求外,綠色節(jié)能 及環(huán)境舒適性問題受到逐漸受到政府及業(yè)主的重視建筑全生命周期內(nèi),最大程度地節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材,保護環(huán)境并減少污 染針對室內(nèi)物理環(huán)境如熱、光和風環(huán)境,要求建
19、筑室內(nèi)的溫度、濕度、風速及新 風量等參數(shù)應符合公共建筑節(jié)能設計標準GB-50189要求房間的溫度及濕度及通風系統(tǒng)布置氣流組織某截面溫度分布案例-辦公樓雙層幕墻光照升溫及溫度模擬芝加哥某高層寫字樓采用了幕墻結構如何設計幕墻及室內(nèi)風道,達到節(jié)能效果模擬室內(nèi)環(huán)境下的對流狀況,對溫度場作出預測幾何模型案例-數(shù)據(jù)中心通風模擬數(shù)據(jù)中心對環(huán)境溫度和濕度非常敏感如何設計空調設備通風口,保證設備保持合理的溫度設置合理的邊界條件,獲取主要設備的溫度狀況案例-體育館和劇院的熱舒適度評價評價體育館和劇院的熱舒適度土木工程領域的ANSYS仿真分析系統(tǒng)工程力學原理有限體積法有限元法其他數(shù)值計算方法工程結構仿真:ANSYS流體力學仿真:Fluent, CFX, 電氣及工控系統(tǒng)仿真:Maxwell、HFSSCAD建模與BIM信息系統(tǒng)ANSYS仿真分析系統(tǒng)(仿真平臺)土木工程的仿真分析模型工程設計與建造安全性分析綠色節(jié)能及建筑環(huán)境舒適性建造智慧城市的仿真分析災害及突發(fā)
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