Archive for the ‘Finite Element Method [有限元法]’ Category

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做个小笔记,记录一下用 ABAQUS 做结构整体分析的一些体会:

(1)分析前注意把握结构的整体信息,建模时候做适当简化。对结构弹性分析结果、结构设计结果应该有深刻地理解和把握。

(2)在ABAQUS建模时,必须对后面的性能评估有所考虑,把一些关键部位或者需要特别处理的地方,预先定义好相关的Set,后面处理结果会方便很多。

(3)地震波加载前,先进行模态分析,检查质量、模态等信息,确保准确无误后再进行后续分析。特别重要!!! :oops:

(4)必须特别注意地震波的施加,地震波文件不要搞错了。比如缩放系数等。

(5)和前处理一样,后处理看结果,解读结果,也是先看宏观信息,宏观信息把握了,大超高层体也把握得八九不离十了。

(6)结构损伤一般出现在结构刚度突变的地方,对于一般超高层结构,如墙厚度发送改变的地方,墙开洞,伸臂桁架层附近等地方都是损伤较为严重的地方。

还有很多很多,以后再记录,总结以下几点:

(1)ABAQUS 做整体分析比较花时间,计算也需要花很多时间,因此,每个过程均需要十分细心,因为错了从来时间成本太大。在这问题上,再慢也比错好。  :cry: 。如下图,是一个细微错误导致分析结果差别巨大。

(2)另外,万一出现问题,先冷静,结合基本理论,概念,逐步排查解决,这样会进步很快。

(3)不管是前处理建模,还是后处理分析,还有超限文本撰写,都应该是建立在对结构理解的基础上,不能论文一个操作员,能简化,能提高效率的地方就要提高效率,尽量把更多时间用在把握和理解结构机理、结构特性、建立结构概念基础上。 :-)

(4)还有一些很多细节问题,后面慢慢再测试、补充。


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Abaqus / Standard中可以通过弯矩释放模拟梁单元的端部铰接。

做个简单笔记。

如下图所示,为两端固接,受均布的梁的弯矩图 和 剪力图。

将中间节点一端梁的转动自由度释放后的弯矩和剪力如下图所示。

由上图可见,释放转动自由度后,跨中的弯矩为零了。

模拟的时候注意,不要同时释放节点连接的所有单元的转动自由度,不然就会出现对角线刚度为零的错误哦。


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记录几点小体会:

(1)网格质量十分影响收敛

(2)约束条件的设置影响计算结果

(3)熟悉 .INP文件 可以提高工作效率

(4)应该建立良好的个人习惯,有助于修改模型、查找问题

接下来 做进一步 归纳和对比,提高效率… …


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做个简单记录。

两个简单的钢管节点分析,受力相同,支座条件相同:

(1)无加强环

(2)增加加强环

(3)结论

可以发现:对于该例,无加强环节点,节点域出现了屈服,损坏较为严重;增加了加强环后,节点域明显增强,节点基本处于弹性,加强环显著提高了节点的承载能力。


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  • 致谢 ( Acknowledgements )

感谢 RBS 李工、谢工 和 华工院 林工 !!! :-) :-)

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符东龙 师弟 整理的SAP2000截面分析资料 !!! :-)  :-)   算例与博文《Sectional Modeling and Analysis Example of CAD to XTRACT Program [CAD to XTRACT 插件开洞截面建模与分析实例]》一致,以一个开洞截面为例,介绍在SAP2000上建模分析结构截面的过程包括弯矩曲率分析,PMM分析,还有一个十分具体的Step by Step过程。

1 开洞截面简介

如图所示的是一钢筋混凝土桥墩开洞截面,整个矩形截面尺寸为:10000×6000mm2,混凝土强度等级为C40,钢筋强度等级为HRB400,桥墩截面中间开有两个洞。图中红色点和绿色点为开洞截面中钢筋的分布。

2 用SAP2000进行截面建模

在SAP2000上进行建模,先进行材料的定义,然后在截面设计器对截面进行建模。

2.1 材料定义

打开SAP2000,新建模型后选择模板选择“空”。

新建模型后,在菜单栏的“定义”中选择“定义材料”,对组成开洞截面的材料C40和HRB400进行定义,如下图所示。

点击“添加新材料”,对混凝土C40和钢筋HRB400进行定义。

2.2 开洞洞口建模

SAP2000在“定义”中的“截面属性”对截面进行建模。选择“框架截面”,然后“添加新属性”,在类型选择“other”,在“截面设计器”中对截面进行构建。

2.2.1 混凝土截面建模

在基本材料选择C40,点击截面设计器。

直接在截面设计器上构建模型不方便,因此在SAP2000中采用导入数据的方式对截面建模。在右边纵向工具栏点击“Draw Polygon Shape”,先在截面设计器中随便画一个多边形混凝土截面,如下图所示:

点击“完成”,并把截面名称改为“开洞截面”,完成对截面的初次定义。返回SAP2000界面,在“编辑”中选择“交互式数据库编辑”。SAP2000中对模型的定义都可以在交互式数据库中查到,选择在截面设计器属性对截面的定义选项,如下图所示:

打开后,之前在截面设计器上随便定义的多边形截面信息都可以在这里查到,例如点的坐标,材料信息(C40),显示颜色(Blue)。因此,我们在这里修改相应的信息,对应到截面设计器也会对截面作相应的定义修改。在以此为例演示修改的过程,点击右侧的“到Execl”,在打开的Excel中修改定义为一正方形截面,再点击“从Excel”,并点击“应用到模型”,如果没有显示错误,点击“完成”后就可以在截面设计器中看到修改定义后的截面。

以上是一个导入数据设计截面的例子,类似的,开洞截面中的混凝土部分导入建模过程如下图所示:

2.2.2 钢筋建模(HRB400)

由上述导入数据建模得到,我们可以先在截面设计器中对想建的模块进行随意建模,然后在交互式编辑数据库中作相应的参数修改,即得截面对应模块的建模。因此对于钢筋建模,与混凝土类似,在右侧工具栏“Draw Reforcing Shape”选择“Single Bar”,在截面上建立钢筋点模型,接着在交互式编辑数据库编辑钢筋参数,增加钢筋点坐标、修改钢筋直径等等,最后得到钢筋在截面中的分布。

对于此开洞截面,钢筋有上千个,一一输入钢筋数据则效率低下,因此这里先在cad中导出钢筋数据Excel。Cad中,把图形中心移动到(0,0)。在“工具”中选择“数据提取”,打开后如下:

在“当前图形中选择对象”中框选全部钢筋。

选择后显示信息如下,圆指画钢筋的形状,表示框选正确。

接着在“选择特性”选择所需要的特性,即“几何图形”。

最后保存数据,并根据交互式编辑器格式修改参数,如下图所示:

导入到SAP2000,得到数据如下:

最后显示建模效果如下:

3 用SAP2000进行截面分析

在截面设计器中,在“显示”中“显示弯矩-曲率分析”,可以得到截面的弯矩截面分析结果。

在截面设计器中,在“显示”中“显示相关面”,可以得到截面的PMM分析结果。


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  • 资料整理人

符东龙  (华南理工大学 土木与交通学院

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为对比小震情况下混凝土抗拉刚度对结构分析的影响,测试三种本构对结构分析的影响:(1)不考虑受拉本构;(2)真实考虑受拉的影响;(3)受拉本构按弹性考虑。以下测试中,所有模型使用的单元类型均一致,均采用纤维梁柱模型,变化的只是受拉部分的本构。

  • 测试模型一(Example 1

在后处理中查看结构的响应可以发现,所有情况钢筋的应变均不大于钢筋的屈服应变且远小于混凝土的峰值应变,表明结构基本处于弹性。通过三种不同受拉本构的分析模型结果看出,不考虑受拉和真实考虑受拉,分析的顶点位移和基底剪力结果均十分吻合,但这两种分析结果均和受拉本构按弹性考虑时的分析结果相差很大。

  • 测试模型二(Example 2

这个模型的分析结果与第一个一样,在后处理中查看结构的响应可以发现,所有情况钢筋的应变均不大于钢筋的屈服应变且远小于混凝土的峰值应变,表明结构基本处于弹性。通过三种不同受拉本构的分析模型结果看出,不考虑受拉和真实考虑受拉,分析的顶点位移和基底剪力结果均十分吻合,但这两种分析结果均和受拉本构按弹性考虑时的分析结果相差很大。

  • 小结(Conclusion

通过这两个小例子可以定性说明:

(1)一般情况,忽略混凝土的受拉本构,对结构的整体响应分析结果影响不大(虽然这个测试的是小震)。

(2)即便结构基本处于弹性(应变小于钢筋和混凝土的屈曲应变),混凝土的受拉区按弹性考虑时的结构整体响应分析结果可能和真实考虑混凝土受拉时的分析结果相差很大。因此反过来也可以说,平时在一般结构分析软件中,采用弹性单元进行小震动力弹性时程分析获得的结构整体响应可能和真实响应相差很大。


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  • 致谢(Acknowledgements

感谢师弟 杨光吴梓楠 提供的模型。

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采用Abaqus的Standard求解器做个弹性框架结构的地震时程分析小例子,框架模型取用前面博文《Modal analysis of a frame using Abaqus (Abaqus框架模态分析)》模态分析中的框架结构,如下图所示。

时程分析暂不讨论阻尼的作用,不考虑框架荷载和重力,输入单向地震波如下图所示,其中地震波按基底加速度进行输入。

提取Abaqus的顶点的位移时程结果,并与ETABS和SAP2000的分析结果进行对比。

与SAP2000对比结果:

与ETABS对比结果:

由以上的对比结果可见:ABAQUS和SAP2000的分析结果几乎没差异,ABAQUS和ETABS的分析结果在前20S吻合较好,后20s有些许差异。造成这个现象的主要原因是,ABAQUS和SAP2000分析时均采用的是基于Hilber-Hughes-Taylor(HHT)的直接积分方法, 而ETABS采用的模态时程分析方法。 :-)  :-)  :-)


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[书]PERFORM-3D原理与实例 – 第4章 – 塑性铰模型

[Book] PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 4 – Plastic Hinge Model


  • 章节内容简介 [ Chapter Content Abstract ]

集中塑性铰模型是梁、柱等杆系构件模拟中常用的一种模型。PERFORM-3D[1,2]中,塑性铰是一个截面组件(Component),通过将其与其他组件进行组装得到框架复合组件,用于模拟模拟梁、柱构件的非线性行为,如图 4‑1所示。

Plastic hinge model is widely used in modelling inelastic behavior of beams and columns. In PERFORM-3D, plastic hinge is a Section Component, belongs to basic components. The Frame Compound Component can be defined using plastic hinge and one or more basic components.

Plastic_Hinge_Model_In_PERFORM-3D

图 4‑1 带集中塑性铰的框架复合组件

PERFORM-3D包含两类塑性铰组件:弯矩型塑性铰(M铰)和弯矩-轴力相关型塑性铰(P-M-M铰),前者一般用来模拟截面轴力可以忽略的情况,比如梁端非线性行为,后者用来模拟截面轴力-弯矩相互作用的情况,比如柱端非线性行为。根据变形指标的不同,上述每种塑性铰又可以进一步分为转角型塑性铰(Rotation Type)和曲率型塑性铰(Curvature Type),前者用转角作为塑性铰变形的度量,后者用曲率作为塑性铰变形的度量。

PERFORM-3D includes two types of plastic hinge models: moment plastic hinge model (M hinge) and moment-axial interaction plastic hinge model (P-M-M hinge). The former is used to simulate sections of which the axial force can be neglected, such as beam sections. The latter is used to simulate the interaction behaviour between moment and axial force of section, such as the nonlinear behaviour of column section. Besides, M-hinge and P-M-M hinge are further divided into “Rotation Type” and “Curvature Type”, according to the deformation index of hinge. The former uses rotation and deformation to measure the deformation of plastic hinge while the latter uses curvature and strain to measure the deformation of plastic hinge.

  • 示例页面 [ Sample Pages ]

 

 


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PS. 如有错误,请批评指正。如果你喜欢,请在上面 点个赞 吧!!详细内容请阅读书本!! :-)  :-)  :-

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  • 购书链接 [ Links to Buy the Book ]

[1] 中国建筑出版在线(http://book.cabplink.com)

http://book.cabplink.com/bookdetail.jsp?id=64317&nodeid=1439

[2] 京东(www.jd.com)

https://item.jd.com/12084377.html (自营)

https://item.jd.com/12860783272.html

https://item.jd.com/12860780755.html

[3] 当当网(http://www.dangdang.com/)

http://product.dangdang.com/1260359350.html

[4] 亚马逊 (https://www.amazon.cn/)

coming soon…..

[5] 天猫书城 (https://www.tmall.com/)

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  • 相关链接[ Acknowledgements ]

[01] 书《PERFORM-3D原理与实例》 汇总页面 (PERFORM-3D Theory and Tutorials Book Page ) (书籍主页)

[02] [Book][PERFORM-3D Theory and Tutorials — Table of Contents] [目录英文版]

[03] [Book][PERFORM-3D Theory and Tutorials – Foreword ] [前言英文版]

[04] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 1 章 – PERFORM-3D软件介绍 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 1 :  Introduction of PERFORM-3D )

[05] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 2 章 – 入门实例:平面钢框架弹性分析 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 2 : Quick Start Example : Elastic Analysis of Plane Steel Frame)

[06] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 3 章 – 钢筋与混凝土材料的单轴本构关系 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 3 : Uniaxial Constitutive Model of Steel and Concrete Material )

[07] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 4 章 – 塑性铰模型 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 4: Plastic Hinge Model )

[08] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 5 章 – 纤维截面模型 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 5: Fiber Section Model )

[09] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 6 章 – 剪力墙模拟 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter 6: Shear Wall Simulation )

[10] [书]PERFORM-3D 原理与实例 – 第 7 章 – 填充墙模拟 ( PERFORM-3D Theory and Tutorials – Chapter7: Infilled Wall Simulation )

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