通用有限元程序ANSYS及应用第八讲

硕士研究生学位课程讲义（2006）通用有限元程序ANSYS及应用(八)

二OO六年四月十四日14April20061通用有限元程序ANSYS及应用硕士研究生学位课程讲义（2006）第八讲内容提要10.钢筋混凝土剪力墙非线性分析

二维平面单元应用实例10.1非线性材料模型的定义10.2非线性求解过程基本参数的设定10.3如何解释结果10.4作业中的几个普遍问题！14April20062通用有限元程序ANSYS及应用10.

钢筋混凝土剪力墙非线性分析

用一系列的线性过程逼近结构刚度的改变过程；当上述线性逼近过程偏离实际过远时，采取某种叠代过程进行修正，以保证结果在控制的精度内；即使如此，也不能保证所有的非线性问题都能顺利求解！非线性问题求解的基本策略14April20063通用有限元程序ANSYS及应用10.1非线性材料模型的定义弹塑性材料属性的定义钢筋混凝土材料Solid65单元属性的定义June3,1996410.1非线性材料模型的定义定义弹塑性材料属性的GUI命令操作执行MainMenu>Preprocessor>MaterialModels

弹出材料模型定义对话框DefineMaterialModelBehavior，先定义线弹性材料属性如下图：线性、弹性、各向同性弹性模量、泊松比June3,1996510.1非线性材料模型的定义定义弹塑性材料属性的GUI命令操作（续1）然后按下图方式定义弹塑性材料属性：选取非线性（Nonlinear）材料模型，非弹性（Inelastic），应变率无关（RateIndependent）材料中运动强化弹塑性材料（KinematicHardeningPlasticity），应力－应变关系取双线性模型。在材料参数输入窗口中，填入屈服应力值235MPa，塑性切线模量值2.1e10.非线性非弹性应变率无关双线性运动强化屈服应力塑性切线模量June3,1996610.1非线性材料模型的定义定义弹塑性材料属性的命令流（续2）!!!!!!定义线弹性材料属性MP,EX,1,2.10E+11MP,DENS,1,7800MP,PRXY,1,0.3!!!!!!定义弹塑性材料属性TB,BKIN,1,1,2,1!!!!!!塑性强化规则TBTEMP,0TBDATA,,2.35E6,2.10E10,,,,!!!!!!弹塑性参数June3,1996710.1非线性材料模型的定义定义混凝土材料属性GUI命令操作（Solid65单元）先定义线弹性材料属性，然后再定义混凝土材料属性：选取非线性（Nonlinear）材料模型，非弹性（Inelastic），非金属塑性材料（Non-metalPlasticity）,混凝土材料

（Concrete）。弹出混凝土材料属性参数对话框。非线性非弹性非金属塑性材料混凝土材料June3,1996810.1非线性材料模型的定义定义混凝土材料属性GUI命令操作（续1）混凝土材料属性参数对话框中各参数的物理意义：1）张开裂缝剪力传递系数；2）闭合裂缝剪力传递系数；3）单轴抗拉强度；4）单轴抗压强度；5）双轴抗压强度；6）与参数7、8联合使用的围压值7）在参数6给定围压下的双轴抗压强度；8）在参数6给定围压下的单轴抗压强度；9）受拉开裂后的刚度折减因子。June3,1996910.1非线性材料模型的定义定义混凝土材料属性的命令流（续2）!!!定义线弹性材料属性mp,ex,1,1.54E+10mp,dens,1,2500mp,prxy,1,0.2!!!定义Solid65混凝土材料属性TB,CONCR,1,!!指定混凝土材料TBTEMP,0TBDATA,,0,0,2.43e6,2.5e7,,,!!混凝土材料参数!!!!!!定义单元的Realconstant!!混凝土单元配筋状况由实参数定R,1,2,0.1,0,0,2,0.2,RMORE,0,90,,,,,!!指定混凝土单元配筋状况June3,19961010.2非线性求解过程基本参数的设定确定求解控制Solution>Sol’nControl.许多控制可以采用，但是常用如下：小或大变形时间和时间步或子步数输出控制：1．

施加载荷。2．

保存数据库。3．

求解。June3,19961110.4如何解释结果June3,19961210.4作业中的几个普遍问题问题1：如何恰当地给出实际工程问题的边界约束？问题2：如何恰当地划分单元网格－分布形式、最低密度？June3,19961310.4作业中的几个普遍问题问题1：如何恰当地给出实际工程问题的边界约束？（A）分别在两个轴孔处形成平衡力系，连杆柄处计算结果可能偏离实际；（B）结果不对称；（C）与（D）三个小凸台处实际应接近应力自由，施加约束后会产生虚假的应力分布。要点：给定问题的应力场是唯一的，故位移最多相差一常数，或相差一个刚体位移解。（A）（B）（C）（D）June3,19961410.4作业中的几个普遍问题问题2：如何恰当地划分单元网格－分布形式、最低密度？由于沿对角线上网格的特殊分布形式，会不恰当地强化这个区域变形、应力的计算结果！要点：没有充分依据时，分网在任何方向上不应有偏好！June3,199615——二维平面单元应用实例10.钢筋混凝土剪力墙非线性分析

构件尺寸及材料特性说明如下图所示钢筋混凝土双肢剪力墙，材料参数统一取值如下：钢筋：Es=2.11011N/m2，s=0.30，屈服强度y=2.35108N/m2混凝土：Ec=3.01010N/m2，c=0.20，抗拉强度ft=2.6106N/m2，轴心抗压强度fc=2.5107N/m214April200616通用有限元程序ANSYS及应用二维平面单元应用实例建模及计算规划考虑混凝土与钢筋不同材料特性及钢筋分布对构件变形计算结果的影响，考虑材料非线性，采用弹塑性材料模型；假定构件处于平面应力状态；底梁及顶梁加厚处通过加大材料模量的方式模拟；非线性分析叠加原理不成立，墙肢轴压作用效应对结果有影响（模拟高层结构自重效果）；可以采用二种计算模型进行比较：模型1：均匀化钢筋混凝土模型（等效模量法）；模型2：离散的钢筋混凝土模型（分离式），可反映配筋位置的影响。单元划分：确定最低网格密度！14April200617通用有限元程序ANSYS及应用模型1：等效模量法二维平面单元单元应用实例（续1）墙肢X向配筋率：1.0%；Y向配筋率：1.5%；双向平均取1.3%；连梁X向配筋率：2.9%；Y向配筋率：0.7%；双向平均取2.0%；单元选择：混凝土采用PLANE42单元模拟;

顶部加载端加强部位及底梁均认为近似于刚性，用人为增大材料弹性模量的方法模拟；顶梁可取厚度比200/70作为增大系数；底梁可取厚度比300/70作为增大系数，或统一地取增大系数为4。14April200618通用有限元程序ANSYS及应用模型2：离散化模拟二维平面单元单元应用实例（续2）单元选择：混凝土采用PLANE42单元模拟，钢筋采用Link1单元模拟;顶部加载端加强部位及底梁均认为近似于刚性，用人为增大材料弹性模量的方法模拟；14April200619通用有限元程序ANSYS及应用双肢差剪力典墙建并模过盗程实姥例故—兔命令逗流!!阳!!葱!!涛用斜命令锹流生饿成AN沫SY赖S课教桥学练督习-胁5兆计算防模型!!贤!!锦!!模型凉1：习等效牙模量地法/pr写ep笔7!!抚!!加!!定义裕单元仆类别ET哑,瓦1,郊PL层AN测E4突2!!宋!!醋!!墙肢慰单元KE气YO辈PT临,1摇,3敏,3ET绘,跌2,渗PL驼AN捏E4客2!!罚!!乏!!连梁兄单元KE咐YO煎PT玩,2贸,3值,3ET遥,迹3,醒PL氏AN要E4搏2!!痒!!门!!顶、张底梁碗刚度贵强化总区单淡元KE挺YO倘PT晓,3薪,3钢,3!!断!!掌!!定义国材料紧属性mp损,e嫩x,到1,缸3困.2怪3E蛮+1于0!!您!!苹!!墙肢旺混凝蛾土M0画1mp雷,d较en秀s,嚷1,河25摄70mp姥,p蜂rx店y,贱1,非0.削2!!条!TB蓄,B怨KI心N,受1,脑1,糊2,撤1!!弃!!孤!!塑性雪强化挪规则TB迷TE梳MP两,0TB袄DA荡TA嫁,,汇5.拥62丧E6苍,2替.1冒0E揭10贼,,甩,,!!谨!!住!!弹塑慎性参藏数14暑A且pr饰il索2税00略620通用薯有限晓元程摊序A慰NS浩YS狸及应翼用双肢霸剪力矿墙计咱算过恋程实畏例寻—真命令吐流mp症,e华x,仇2,录3.激36我E+忙10!!悔!!绩!!连梁混凝撞土M0丘2mp棕,d拨en璃s,蜘2,兽26族10mp抓,p葵rx捎y,孟2,息0.震3!!响!TB卧,B信KI扛N,椅2,志1,吐2,陶1!!廊!!蛮!!塑性愿强化坛规则TB秒TE绍MP睛,0TB踪蝶DA胞TA锯,,矿7.虎27断4E室6,肆2.刃10装E1易0,脖,,榜,!!缝!!很!!弹塑横性参晋数mp爸,e射x,怀3,寸1.精20途E+刃9!!乓!!蓄!!顶、博底梁萍刚度宗强化铁区混醒凝土M0可3mp公,d嚼en骆s,冒3,散25样00mp录,p沫rx燥y,极3,震0.欢214桐A雀pr器il酷2歼00虚621通用药有限快元程粥序A惊NS秒YS赠及应浑用双肢促剪力哀墙计重算过释程实还例贸—其命令洞流（离时程络分析楼）!!必!!矮!!时程血分析拴命令意流!!骑!*s渣et冲,s烈t,父0.沟01*s探et蛾,e顾nd饶po阵in哈t,察10包0*d颗im铸,x浊fo第rc蓄e,优ar派ra纤y,鹊en撕dp跟oi坚nt*v饲re岛ad预,x泥fo爸rc宵e(妹1)代,S党ei飘sm授ic果_x毫,t另xt(7辣F1商0.这5)*V厉OP莲ER炮,x后fo径rc僻e(有1)雨,x冷fo嚼rc腊e(袜1)远,M烤UL侧T,裙9.筒8,串,快,14婚A迷pr务il恭2民00赌622通用融有限炭元程唯序A很NS刮YS史及应塘用双肢寄剪力草墙计滨算过拐程实睛例并—住命令风流（先时程略分析环）!!艘!!汽!!时程让分析少命令晨流（隔续）!!串!/S荐OL裤U!*AN着TY御PE群,4TR裹NO狱PT术,F晌UL糟L!**d翠im胀,s朋hi偶ji无an厦,a貌rr普ay宣,e窑nd溉po涌in畅t*v敲fi适ll摔,s蚂hi祸ji台an涉(1阳),研ra饼mp袭,s梁t,箭stNt差m_奸st磨ar核=1Nt自m_深en验d=锦10驼0Nt遮m_桨in地cr容=1*D窝O,揪Nt仪m,师Nt才m_残st双ar著,N办tm熔_e患nd阳,N央tm梁_i朴nc润rTI醒ME设,s丽hi洽ji俭an益(N检tm戴)AC喝EL跃,x屿fo致rc吗e(量Nt茧m)炊,y篮fo奶rc更e(哑Nt涂m)楚,NS服EL放,A声LL!!须!L妖SW冠RI漆TE绘,N僻tmSO反LV炮E*E慕ND偏DO14物A当pr拣il悼2信00爬623通用斜有限惕元程油序A序NS隔YS痛及应那用硕士港研究标生学撒位课弱程讲过义（登20射06亡）谢谢岸各位敬!14疗A细pr芽il答2阀00验624通用本有限词元程鬼序A前NS肌YS仪及应看用硕士虑研究镇生学独位课任程讲迅义（谅20全06茶）14能A螺pr杜il食2昌00做625通用法有限姥元程始序A的NS龙YS贴及应僵用建模附及计拉算规排划（堂续1蜓）三维羞实体蒸单元雹单元圆应用狐实例足（续锈）单元树选择爸：三纯个模泳型混岩凝土趋采均忍用So孝li躺d6珍5单元荒，但夜材料恭模型将有别泼;对模组型1变，取皱混凝静土抗拉步强度作为段材料坛屈服俯应力；对模煌型2员，需困计算湾确定径墙肢怖及连皇梁配爆筋率；单元益划分旧：确定狗最低得网格运密度宵！14筒A加pr墙il撑2适00拾626通用钩有限背元程阅序A瓶NS枣YS饥及应观用钢筋达混凝宋土核饱心筒翼体建孙模过愤程实买例溪—摇命令龙流-趴1!!宏!!桃!!歼用她命令捡流生句成AN后SY带S课教诉学练讽习-葛9陡计算征模型!!雕!!/pr灿ep谊7!!本!!湖!!定义偶单元缓类别ET烂,傅1,泼So飘li炒d6段5!!距!!争!!腹墙哀片墙广肢单讽元ET猴,岸2,蔽So鸽li乘d6尸5!!漏!!姻!!腹墙奏片连吼梁单躺元ET穴,权3,纽奉So多li般d6骗5!!鹿!!姓!!两翼僻墙片乐墙肢终单元ET淡,没4,然So楚li劣d6辩5!!屡!!贼!!两翼吴墙片连连梁哪单元ET肌,她5,亮So宅li顽d6战5!!鄙!!摊!!筒体立角部丑单元ET筝,慌6,烤So锦li迅d6针5!!设!!镰!!刚性啊顶梁论单元!!狂!!尚!!定义彻材料茎属性!!孟!!枝!!线弹界性属杂性mp戴,e斑x,共1,稼1.恳54敏E+破10!!公!!楚!!混凝默土M0用1mp漂,d捏en补s,皮1,德25惹70mp组,p突rx怨y,它1,因0.榴2mp春,e护x,伞2,映2.蛾06危E+占11!!摸!!督!!钢筋M0代2mp姓,d优en鲜s,墓2,调78眨00mp臂,p曾rx款y,蚀2,略0.垮3mp著,e赴x,铸1,谎1.令54概E+斜13!!贵!!伙!!刚性材顶梁币混凝足土M0损3mp硬,d考en灿s,来1,搏25验70mp哥,p欧rx树y,番1,牢0.殃214尚A姐pr颗il降2孤00刃627通用宾有限彻元程策序A注NS迎YS央及应瓦用钢筋兽混凝扮土核侄心筒营体建皂模过丹程实文例肯—珍命令航流-译2!!梳!!斑!!蛮用兆命令肃流生怀成AN疤SY朱S课教样学练饺习-欧9籍计算四模型/pr哄ep拼7!!谋!!战!!定义那材料充属性TB谋,C桐ON腿CR随,1首,!!甲!!只!!指定汉混凝武土材湿料TB滥TE颈MP龄,0TB雾DA半TA虚,肚,0浴,0走,2滴.4泥3e乔6,研2.腥5e满7,串,功,!!烈!!脉!!混凝符土材帮料参溪数!!秘!!主!!弹塑驰性属浮性TB笔,B