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1、LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-1 工程硕士研究生课程讲义（2011） 通用有限元程序ANSYS及应用 (八) LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-2 工程硕士研究生课程讲义（2011） 第八讲 内容提要 11. 钢筋混凝土剪力墙非线性分析 二维平面单元应用实例 11.1 非线性材料模型的定义 11.2 非线性求解过程基本参数的设定 11.3 如何解释结果 LECTURE ON INTRODUCTION TO
2、 ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-3 11. 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非线性问题求解的基本策略 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-4 11.1 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 LECTURE
3、 ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-5 11.1 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 Main Menu Preprocessor Material Models 弹出材料模 型定义对话框 Define Material Model Behavior，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 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-6 11.1 非线性材料模型的定义 定义弹
4、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（Rate Independent）材料中运动强化弹塑性材料（Kinematic Hardening Plasticity）， 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 235 MPa，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 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-7
5、11.1 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+11 MP,DENS,1,7800 MP,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,0 TBDATA,2.35E8,2.10E10, ! 弹塑性参数 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-8 11.1 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
6、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-metal Plasticity）,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 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-9 11.1 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
7、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。 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-10 11.1 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+10 mp,dens,1,2500 mp,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,0
8、TBDATA, ,0,0,2.43e6,2.5e7, , , ! 混凝土材料参数 ! 定义单元的 Real constant R,1,2,0.1,0,0,2,0.2, RMORE,0,90, , , , , ! 指定混凝土单元配筋状况 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-11 11.2 非线性求解过程基本参数的设定 静力非线性求解过程的基本控制参数 小变形静力问题 输出的计算结果内容 输出结果的记存频度 本荷载步的时间标识 完成本荷载步的子 步数或子步步长 LECTURE ON INTRODUCTION
9、 TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-12 11.2 非线性求解过程基本参数的设定 静力非线性求解过程的求解选项（1） 选择求解器 留存的重启动文件数 重启动文件的记存频度 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-13 11.2 非线性求解过程基本参数的设定 非线性求解过程的求解选项（2） 加速算法选择 控制指标取值 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-14 11.3 如何
10、解释结果 q 与建模过程的基本假设相呼应 q 关注受力变形过程中状态改变的关键点 q 注意结果的有效范围 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-15 11.4 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？ 问题3：单元间的协调 节点对应否？ LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-16 11.4 作业中的几个普遍问题（续1） 问题1：如何恰当
11、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。 （A） （B） （C）（D） LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-17 11.4 作业中的几个普遍问题（续2） 问题1：如何恰当地给出实际工程问题的边界约束？ （A）、（B）是同一 个计算模型分别在分 布压力和集中力作用 下的应力云图，显然 二者受力方向存在差 异； （C）垂直方向有不对 称
12、变形不合实际。 （A） （B） （C） LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-18 11.4 作业中的几个普遍问题（续3） 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！ LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-19 11.4 作业中的几个普遍问题（续4） 问题2：如何恰当地划分单元网格 分布形式、最低密度？ （A）主次倒置：
13、主要承载部位单元稀疏，而非重要部位 凸台反而单元划分稠密！ 问题3：单元间的协调 节点对应否？ （B）、（C）凸台处网格节点与大环网格节点没有 完全对应起来，求解时会出问题！ (A) (B)(C) LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-20 二维平面单元应用实例二维平面单元应用实例 11.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 = 2.11011 N/m2，s = 0.30，屈服强度 y = 2.35108 N/m2 混凝土
14、：Ec = 3.01010 N/m2，c = 0.20， 抗拉强度 ft = 2.6106 N/m2，轴心抗压强度 fc = 2.5107 N/m2 LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-21 二维平面单元应用实例 建模及计算规划建模及计算规划 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
15、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！确定最低网格密度！ LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-22 模型模型1 1：等效模量法：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
16、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； LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-23 模型模型2 2：离散化模拟：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； LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS 14 April 2008通用有限元程序ANSYS及应用L8-24 双肢剪力墙建模过程实例 命令流 ! 用命令流生成 ANSYS 课教学练习-5 计算模型 !
