ansys梁小结

ansys梁小结（精选5篇）

ansys梁小结 篇1

下面这是总结的一部分。把体用面分割的时候出现的错误提示：

Boolean operation failed.try adjusting the tolerance value on the BTOL commmand to some fraction of the

minimum keypoint distance.Model Size(current problem)1.183933e+000,BTOL setting

1.00000e-005,minmum KPT distance 4.308365e-006

先在要分割的地方设置一个工作平面，用布尔运算“divided--volumeby working plane”进行分割的时候，出现上述错误，主要愿意可能是设置的公差太小，当时试了几次都么有成功，最后干脆把体重新建立了一个，又画了一个很大的面，终于成功了。

2.一个常见的代表性错误！

原来我的虚拟内存设置为“无分页文件”，现在改为“系统管理”，就不在出现计算内存不够的情况了。

Error!

Element type 1 is Solid95,which can not be used with the AMES command, meshing of area 2 aborted.刚开始学习的人经常出这种错误，这是因为不同单元类型对应不同的划分网格操作。

上面的错误是说单元类型为Solid95（实体类型），不能用AMES命令划分面网格。Meshing of volume 5 has been aborted because of a lack of memory.Closed down other processes and/or choose a larger element size, then try the VMESH command again.Minimum additional memory required=853MB（by kitty_zoe）

说你的内存空间不够，可能因为你的计算单元太多，增加mesh尺寸，减少数量或者增加最小内存设定（ansys10中在customization preferences菜单存储栏 可以修改）

你划分的网格太细了，内存不足。建议将模型划分为几个部分，分部分进行划分，可以减少内存使用，试一下！

4.The input volumes do not meet the conditions required for the VGLU operation.No new entities were created.The VOVLAP operation is a possible alternative

VGLU 是将两个或多个体粘到一块，体之间的交集应该是面，帮助里的说法，This operation is only valid if the intersections of the input volumes are areas along the boundaries of those volumes。你粘结glue的体可能有重叠，所以后面提示了一个VOVLAP命令，该命令是将两个或多个体的重叠部分拿出来作为结果

VMESH划分时，精度不同，单元数量差别太大了，如果是自由网格划分，那么尝试几个SMRT等级看看。还有就是单元形状不同，产生的网格质量也差别很大，我前几天才重新划了一次网格，印象很深。shape,0,3d和shape,1,3d就是划分体时控制单元形状的5.clear is not a recognized GEGIN command,abbreviation,or macro.this command will be ingored.那是因为打开了前处理，求解或者后处理，先用FINISH命令，再用CLEAR就可以了

6.约束不总，产生刚性漂移

我觉得这个不一定就是约束不足造成的刚性漂移。另外一个可能的原因是网格划分的不好。在曲线变化剧烈的区域，如果网格划的太疏，也可能产生这样的错误。

7.AN error occured during sweeping while meshing arer 39.change element sizing parameters(RSIZE,LESIZE,etc).or mesh this arer manually(AMESH or AMAP).then try the VSME command again.The VSWE command is ignored.在对一个规则的体进行扫略划分的时候，出现了这个命令，原因是边的尺寸，或者单元的个数设置不合理，对应不上，就行变数核对皆可解决问题！

8.Volume 1 cannot be meshed.208 location(s)found where non-adjacent boundary triangles touch.Geometry configuration may not be valid or smaller element size definition may be required.提示就是告诉你需要更小的单元

可能单元太大的时候出现的网格有有问题，比如狭长的网格，计算的时候集中应力太大

9.Shape testing revealed that 3 of the 13 new or modified elementsviolate shape warning limits.To review test results, please see the

output file or issue the CHECK command.ansys 里面有自己带的网格检查，这说明你的网格尺寸有问题，重新划分

10.划分solid45单元的时候出现了 structural elements without mid nodes usually produce much more accurate results in quad or brick shape

提示你采用带中间节点的单元进行计算。但是solid45六面体网格精度一般够了，不需要理会。

11.：Volume11 could not be swept because a source and a target area could not be determined automatically。please try again...体不符合SWEEP的条件，把体修改成比较规则的形状，可以分割试试

12.*** WARNING ***SUPPRESSED MESSAGECP =1312.641TIME= 16:51:48

An error has occurred writing to the file = 12 which may imply a fulldisk.The system I/O error = 28.Please refer to your system documentationon I/O errors.1.I/O 设备口错误，I/O=26，错误，告诉你磁盘已满，让你清理磁盘。但是实际问题的解决不是这样，是你的磁盘格式不对，将你的磁盘格式从FAT26改称 NTFS的就可以了。因为FAT26格式的要求你的单一文件不能大于4G。但是我们一旦做瞬态或者是谐相应的时候都很容易超过这个数，所以系统抱错。

2.I/O设备口错误，I/O=9,错误，和上一个一样告诉你磁盘已满，让你清理磁盘。但是实际问题是由于你的磁盘太碎了造成的，你只要进行磁盘碎片整理就可以了，这个问题就迎刃而解。

13.Topolgical degeneracy detected for ASBA command.Try modifying

geometry slightly or loosening the tolerance(BTOL command).If BTOL is relaxed ,be sure to change the tolerance back to the default after operation

公差不能太大，默认公差值是1e-5,每次扩大10倍，即1e-4,1e-3,.....慢慢试试，如果不行，就得检查模型

14.计算时候出现：Input/output error on unit=9.Possible full disk，在一些论坛看到转换磁盘格式ntfs，转换后还是不行，我的ansys11.0安装在D盘，工作目录为E盘（30G大小），另外输出窗口提示for better cpu performace increase memory by 296mb using-m option

一.转化格式（先确定你D盘为fat格式后）点“开始->运行”输入:covert D:/FS:NTFS 就可以将D盘转换成NTFS格式了,不过转换后不可以恢复成FAT

32格式了.（本人没有试过！）

二.在开始——程序——ansys——ansys product launcher——customization，然后选择memory下面的方框里面打勾，然后调整work spcae 和data base

15.Large negative pivot value(-8.419662714E-03)in Eqn.system.May bebecause of a badtemperature-dependent material property used in the model.这种错误经常出现的。一般与单元形状有关。

16.There are 21 small equation solver pivot terms.;

SOLID45 wedges are recommended only in regions of relatively low stress gradients.第一个问题我自己觉得是在建立contact时出现的错误，但自己还没有改正过来；第二个也不知道是什么原因。

还有一个：initial penetration 4.44089×10E-6 was detacted between contact element 53928 and target element 53616;也是建立接触是出现的，也还没有接近。唉，郁闷中！

answer：

第一个问题：There are 21 small equation solver pivot terms.;

不是建立接触对的错误，一般是单元形状质量太差（例如有i接近零度的锐角或者接近180度的钝角）造成small equation solver pivot terms

第二个问题:SOLID45 wedges are recommended only in regions of relatively low

stress gradients.这只是一个警告，它告诉你：推荐SOLID45单元只用在应力梯度较低的区域。它只是告诉你注意这个问题，如果应力梯度较高，则可能计算结果不可信。

17.There are 1 small equation solver pivot terms

ansys,刚度矩阵主元太小，可能是单元畸形，或者材料参数有问题，总之这个问题你就不断的换个方式建立模型，trial and error，往往就解决了这个问题

第一个问题：说明结构刚度矩阵出现小主元。如果矩阵D 的所有主元都是正的，这时结构的切线刚度矩阵正定，结构处于稳定状态；如果矩阵D 的 主元有小于0 的，则切线刚度矩阵非正定，结构处于不稳定状态。

如果出现的小主元不多，说明可能是达到某个临界点，以后还可以继续求下去；如果出现的小主元很多，而且越来越多，说明这个结构即将破坏，比如出现大面积的塑性区，形成多个塑性铰等。

当|D |=0时，矩阵D 为奇异矩阵，非线性方程会产生奇异解，奇异解出现于可能产生不定解或非唯一解的分析中，求解方程的主元为负或零会产生这样的奇异

解。有些情况下，尽管遇到主元为负或零，仍需继续进行分析（特别是一些非线性分析中）。（since a negative or zero pivot value can occur for a valid analysis.）

下述条件会引起求解过程出现奇异性：（The following conditions may cause singularities in the solution process:）

·约束条件不足

·模型中有非线性单元：如间隙元、滑动元、铰链元、缆束员等。结构的一部分可能已经塌陷或分散了

·材料特性为负：如在瞬态热分析中规定的密度或温度

·连接点无约束，单元排列可能会引起奇异性。例如：两个水平梁单元在连接点的垂直方向存在无约束自由度，在线性分析中，将会忽略加在该连接点的垂直载荷。另外，考虑一个与梁单元或管单元垂直相连的无板面内的旋转刚度的壳单元，在连接点处不存在板面内的旋转刚度。在线性分析中，将会忽略加在该点处的板面内力矩。

·屈曲。当应力刚化效果为负（压缩）时，结构受载后变弱。若结构变弱到刚度减小到零或为负值，就会出现奇异解，且结构已经屈曲。会打印出“主元值为负”的消息。

·零刚度矩阵（在行或列上）。如果刚度的确为零，线性或非线性分析都会忽略所加的载荷。

ansys梁小结 篇2

播种机牵引梁是播种机结构中重要的部件,牵引梁的变形和破坏将影响播种机性能与安全性。传统的播种机牵引梁的设计是采用类比法和强度校核,造成牵引梁强度过大,浪费材料[1]。采用模态分析技术进行播种机牵引梁的动态设计和分析,可得到较精确的结构固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量和模态刚度,从而使结构设计可以避开这些频率或最大限度地减小这些频率上的激励,从而消除过度振动,保证结构的可靠性[2]。

ANSYS Workbench有限元分析利用单元节点变量对单元内部变量进行插值,实现对总体结构的分析[3]。利用有限元软件的模态分析功能,对播种机牵引梁建立有限元模型,确定结构的固有频率和振型,从而以动态图像来描述牵引受力激励时的状态,这对于牵引梁的设计具有重要的参考价值。

1 牵引梁模型的建立

采用Pro/E对辽宁省黑山县机械制造有限公司制造的2BQ-2型播种机牵引梁进行几何建模,其三维模型如图1所示。

ANSYS 软件虽然具有建模功能,但其功能还不够强大,因此ANSYS软件设置了与多种CAD软件(如Pro/E和UGNX4的AutoCAD等)的数据交换接口。通过 ANSYS与 Pro/E的接口设置将 ANSYS直接集成到 Pro/E中,以实现两种软件的无缝连接,从而保证Pro/E模型导入ANSYS的准确性。此种方法对缩短工程设计人员的设计时间及加快产品的设计进度具有非常重要的意义。

2 牵引梁模态分析

2.1 模态分析理论基础

以固有频率和振型分析为对象的模态分析是其他振动分析的基础[4]。通过结构的模态分析,可以有效地选择合理的结构设计方案,并对其进行有效的验证。播种机牵引梁的模态分析是其结构设计的重要内容,是结构静力试验和动力分析的前提。多自由度系统以某个固有频率振动时所呈现出的振动形态为模态,此时系统各点位移存在一定的比例关系,称固有振型[5]。不论何种阻尼情况,机械结构上各点对外力的响应都可以表示成由固有频率、阻尼比和振型等模态参数组成的各阶振型模态的叠加[6]。模态分析的核心内容就是确定描述结构系统动态特性的参数。

对于一个N自由度线性系统,运动微分方程为

$[{\rm M}]\{\stackrel{\cdot \cdot }{{\displaystyle X}}\}+[{\rm K}]\{X\}=\{0\}$ (1)

式中 [M]—质量矩阵;

[K]—刚度矩阵;

$\{\stackrel{\cdot \cdot }{{\displaystyle X}}\}$—加速度向量;

{X}—位移向量。

如果结构以某一固定频率和模式振动,即

{X}={ϕ}sin(ωt+φ) (2)

则有$\{\stackrel{\cdot \cdot }{{\displaystyle X}}\}=-\omega {}^2\{\text{ϕ}\}\sin (\omega t+\phi )$ (3)

代入运动方程,得结构自由振动特征方程为

([K]-ω2[M]){ϕ}={0} (4)

{ϕ}={0}是一个解,但是此解表示结构的所有质点都处于静止状态。欲得非零解,必须满足

det([K]-ω2[M])=0 (5)

式(5)称为结构振动的特征值方程,方程的特征值为ω${}_i^2$,带回到特征方程,可得到特征值对应的特征向量{ϕi}。特征值的平方根ωi正是结构的自振圆频率,特征向量{ϕi}则是结构对应于ωi的振形向量。

2.2 模态分析

模态分析的主要步骤和流程如图2所示。

将利用Pro/E建立的牵引梁三维模型导入到ANSYS中,并对其进行有限元分析,具体步骤如下:

1) 定义单元类型,选择Structural Soild Brick 20node 95;

2) 定义材料特性,材料为45钢,弹性模量为205GPa,泊松比为0.3,密度为7820kg/m3;

3) 划分单元格,选择preprocessor eshing esh Tool中的pick all;

4) 施加边界及约束条件,对牵引梁与三点悬挂连接孔进行全约束;

5) 指定分析类型,在Type of Analysis中选择Modal;

6) 指定分析选项,在No.of modes to extract中输入6;

7) 求解,选中Solve Current Load Step的OK选项对其求解。

对结构进行模态分析时,不必求出全部固有频率和振型,而是着重考虑系统工作条件下所涉及的频率,因为通常只有这些阶次的固有频率可能引起系统共振[7]。这里求出播种机牵引梁的前6阶固有频率如表1所示,并绘制出模态振型如图3所示。

2.3 结果分析

1) 确定模态频率是模态分析最基本的目的,因为确定了系统的模态频率就可以知道系统在什么频率范围内振动比较敏感。从表1可以看出,在0～1Hz内,牵引梁的模态频率比较密集,是影响牵引梁振动的主要区域,并且当外加激励频率和牵引梁的固有频率一致时发生共振,牵引梁振动幅度加剧,引起播种质量下降。由于播种机工作频率一般在6～7Hz[8],故该牵引梁避开了播种机的工作频率,避免了共振区域。牵引梁具有良好的刚度和可靠性。

2) 从振型图可以看出,前3阶振型中看不到明显的扭转变形,要到更高阶的振型才会有较显著的表现。第4阶模态以后,出现了径向挤压振动模态,并伴有扭转变形。以第1阶振型为例,当牵引梁以0.237Hz的频率振动时,牵引梁将以如图3(a)所示的形状进行摆振。

3 结束语

采用 Pro/E软件进行播种机牵引梁的三维实体建模,然后将模型导入ANSYS软件中,建立了牵引梁的有限元模型。根据牵引梁实际情况和有限元分析条件设定各种属性,在 ANSYS 中进行有限元分析求解,得到牵引梁的固有频率和振型;根据分析结果对牵引梁进行结构强度和刚度分析,这对改进和提高牵引梁的设计具有重要意义。模态分析方法可缩短设计周期、降低设计成本和提高设计质量,对于播种机牵引梁的设计分析具有指导意义。

参考文献

[1]马维平,李红勋.基于ANSYS的挂车牵引架有限元分析及拓扑优化[J].军事交通学院学报,2007,9(4):39-43.

[2]杨笑冬.基于ANSYS的悬臂梁模态分析[J].机电一体化,2008(6):58-65.

[3]邵组秋.ANSYS8.0有限元分析实例导航[M].北京:中国铁道出版社,2004.

[4]尚晓江,邱峰.ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用[M].北京:中国水利水电出版社,2008.

[5]任辉启.ANSYS7.0工程分析实例详解[M].北京:人民邮电出版社,2003.

[6]艾曦锋,巴兴强.基于ANSYS Workbench的4G1发动机支架模态分析[J].交通标准化,2008(9):225-228.

[7]何明,曾庆良,张鑫,等.基于Pro/E与ANSYS的液压支架运动仿真与有限元分析[J].煤矿机械,2009,30(2):75-77.

ansys梁小结 篇3

根据玉田县教育局、玉田镇教育办关于《玉田县教育系统春节、两会期间学校安全工作督导检查方案》的通知精神，在玉田镇教育办的高度重视和正确领导下，通过全校师生员工共同努力，为实现了安全生产和教学双赢，确保了全校安全生产无事故。现将我校开展安全生产大检查的情况总结如下：

一、成立安全工作领导小组：由校长冯学宽任组长，主任王顺利、焦占英具体抓安全工作，按时完成校长交给的各项任务，成员各班主任组成，职责明确，责任到人。

二、本次安全大检查学校进行了全面的检查，检查内容如下:

（一）检查学校围墙护栏等安全设施是否存在隐患。

（二）检查学校是否建立安全教育制度，教师是否有安全教育记录，重点检查防火、防交通、防溺水及卫生保健等。

（三）检查学校开展的安全逃生演练情况。

（四）重点检查对管制刀具、危险物品的收缴工作。

（五）检查了学校的安保器材和消防器材的情况。

在本次安全生产大检查中，检查组针对上面五点进行检查，检查结果如下:

1、学校各班教室无存在安全隐患。

2、学校安全制度完善，并存有开展安全教育各种记录。

3、都能根据本校实际开展安全逃生演练。

4、学校非常重视对管制刀具收缴工作，经常开展并存有记录。

5、安保器材齐全，消防器材无过期。

6、学校不存在其它的安全隐患。

以上是我校在“两会”期间开展安全大检查的主要内容及结果，特向玉田镇教育办汇报。

ansys梁小结 篇4

关键词：钢筋混凝土井字梁,PKPM联合ANSYS,非线性分析,竖向挠度

1 PKPM与ANSYS的优点与不足

PKPM软件是中国建筑科学研究院开发的土木建筑结构设计软件。PKPM具有建模简单易学、运算速度快、出图质量较好等特点。这些优点极大地满足了国内设计院设计任务重、出图时间紧等要求, 因此, 该软件广泛应用于全国各大中小型设计院。有限元法是计算机诞生以来, 在计算数学、计算力学和计算工程科学领域内诞生的最有效的计算方法。作为最著名的通用有限元分析软件, ANSYS因为其强大的功能受到越来越多的结构分析及其他相关专业科研与工程技术人员的应用。同时, AN-SYS与PKPM软件存在着一定的不足。PKPM软件虽然操作简单, 但是在处理微观、细致的非线性问题时 (比如钢筋混凝土结构的挠度、裂缝等等) , 往往不能得到较为精确的解答。ANSYS软件虽然可以得到令人满意的计算结果, 但是存在模型建立复杂、材料选取多样性、计算时间过长、参数定义困难等缺点。笔者从事结构设计工作, 对于常见的钢筋混凝土井字梁结构竖向挠度超限的问题, 采用PKPM与ANSYS联合求解的方法, 取得了较满意的效果。

2 两种软件中的钢筋混凝土井字梁结构模型

2.1 井字梁

钢筋混凝土井字梁结构[1]由于梁的交叉点处不设置柱子, 可以形成较大的使用空间, 所以广泛应用于车站、候机楼、图书馆、大会议厅、餐厅、车库等要求室内不设柱或者少设柱的结构。井字梁两个方向的梁的高度相等, 不区分主次梁。梁高度取值约为h=l1/16~l1/20 (l1为短跨跨度) 。一般梁格在2~3m较为经济, 且不宜超过3.5m。

2.2 利用PKPM软件得到的井字梁结构施工图

山东省滨州市某多层钢筋混凝土框架结构顶层为大会议室, 层高为4.5m, 两个方向柱距均为9.9m。该地区抗震设防烈度为7度, 设计地震分组为第三组, 框架抗震等级为三级。该会议室受到建筑功能要求的制约, 中间不能设置柱子, 所以, 结构形式采用井字梁结构。根据设计经验选取井字梁边梁 (WKL1) 的截面尺寸取为350mm×600mm;中梁 (L1) 截面尺寸取为300mm×500mm;四角框架柱 (KZ) 截面尺寸取为500mm×500mm。经过PKPM软件计算, 并结合设计经验调整得到的结构施工图, 见图1所示。

2.3 ANSYS软件计中的井字梁模型

利用PKPM得到的井字梁结构施工图及构件配筋大样, 建立ANSYS结构模型。模型的材料与处理方法定义如下。

2.3.1 混凝土材料模型

混凝土材料强度取为C30。根据GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》[2], C30混凝土抗拉强度ft=1.43N/mm2;抗压强度fc=14.3N/mm2;混凝土弹性模量Ec=3×104N/mm2;泊松比取0.2。混凝土材料的本构关系采用GB 50010-2010中多折线随动强化模型[2] (Multilinear Kinematic hardening plasticity) 来定义:

结合相关文献[3]与以往学者经验, 混凝土开裂剪力传递系数取值为0.5;闭合剪力传递系数取值为1.0。

2.3.2 钢筋材料模型

钢筋[2]采用HRB400, 钢筋的抗拉强度fy=360N/mm2;弹性模量Es=2.0×105N/mm2;泊松比为0.3。钢筋模型采用线弹性模型与 (Linear elastic) 和双线性弹塑性材料 (BKIN) 模型。

2.3.3 建模中的两点处理方法

混凝土采用ANSYS中专门用于钢筋混凝土结构分析的SOLID65单元;钢筋采用LINK8单元。混凝土与钢筋的组合采用离散式模型[4]。笔者对钢筋混凝土井字梁结构进行非线性有限元分析时, 对于梁柱节点区域与荷载采用以下处理方法。

(1) 梁柱节点

为了更加真实地模拟梁柱节点区域, ANSYS建模时参考GB 50010-2010中框架梁柱节点的锚固和搭接的构造措施[2]。箍筋加密区起始位置距离框架柱边缘100mm, 箍筋间距为100mm。梁上部纵向钢筋上部深入框架柱内0.4la E, 向下弯折15d;柱锚固长度大于1.5la E。其中:

式中[2]:α取值0.14;fy取值360N/mm2;d表示上部纵筋直径;ft取值1.43N/mm2。那么, 对于边梁WKL1, 上部水平锚固长度至少为0.4 la E=0.4×1.05×0.14×360×16/1.43=236mm, 实际取值400mm (考虑柱保护层厚度及钢筋直径后) 。WKL1向下弯折钢筋为15d=15×16=240mm。所以, WKL1在框架柱内总锚固长度400+240=640mm。KZ的锚固长度1.5la E=1.5×880=885mm, 实际取值900mm, 均满足规范要求。ANSYS中按上述方法建立的梁柱节点模型及规范中规定的有抗震要求的梁柱节点构造大样, 见图2。

(2) 荷载处理方法

根据GB 50010-2010与GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》可知, 钢筋混凝土最大挠度应按照荷载的准永久组合[2], 准永久值系数ψ取值为0.5[5]。作用在井字梁上的荷载有两部分组成:梁自重产生的均布荷载 (P1) 与楼板传给梁的三角形荷载 (P2) 。根据GB 50009-2012, 屋面恒荷载总值为6.0k N/m2 (楼板100mm) ;屋面活荷载值取为0.5 k N/m2 (不上人屋面) , 那么屋面荷载标准值为:

所以, 楼板传给梁三角形荷载标准值峰值为:P2=6.25×1.65=10.32k N/m。梁自重产生的均布恒荷载标准值对于WKL1 (350mm×600mm) 为:P1=26×0.35×0.6=5.46k N/m;对于L1 (300mm×500mm) 为P1=26×0.30×0.5=3.9k N/m。按照上述计算方法得到的荷载分布图如图3所示。

3 两种软件中计算得到的钢筋混凝土井字梁挠度结果及讨论

3.1 计算结果

根据上述处理方法, 利用两种软件分别建立的结构整体模型如图4所示, 利用两种软件分别计算得到的竖向挠度图如图5所示。根据结构力学知识容易知道, 井字梁结构最大挠度发生在各梁跨中截面处。选取WKL1跨中截面作为参考点A, 选取L1跨中截面作为参考点B, A、B两点的位置参考图1。分别采集A、B两点在两种软件下的计算结果, 其计算结果对比如表1所示。

3.2 计算结果讨论

(1) 由上表可以知道, 对于参考点A点, 用两种软件计算得到的竖向挠度均满足规范要求。对于参考点B点, PKPM计算结果不满足规范要求而AN-SYS计算结果满足规范要求。

(2) 对于同一点而言, 两种软件计算结果存在一定差异。对于A点PKPM软件计算结果比ANSYS软件计算结果大11.8%, 对于参考点B点PKPM软件计算结果比ANSYS软件计算结果大12%。这是由于PKPM软件在计算挠度时按照弹性计算方法进行计算, 没有很好地考虑井字梁的相互作用, 得到的计算结果偏大于真实结果。与之不同的是, ANSYS软件对钢筋混凝土井字梁结构进行了较为复杂的非线性分析, 充分考虑井字梁之间的相互作用, 取得的结果小于PKPM计算结果。两种软件误差大约为12%左右。

(3) 本工程在利用PKPM软件进行设计时, 由于计算结果 (38.2mm) 大于规范规定值 (36mm) , 则应该加大梁截面以满足规范要求。而参考ANSYS计算结果并且综合考虑各种因素后, L1截面仍然取为300mm×500mm。本工程施工完成并进入使用阶段几年后, 并没有出现挠度过大, 影响视觉感官等结构问题, 取得了较好的经济效益。

(4) 利用ANSYS在进行钢筋混凝土有限元结果分析时会受到诸多因素影响, 如建模过程中对钢筋的处理方式、混凝土本构关系的选择、混凝土材料参数的定义、混凝土计算收敛问题等等。以上每一种因素都会导致计算结果的不同, 有的甚至大相径庭。理想的结果依赖于合理的结构模型, 合理的结构模型依赖于结构设计人员丰富的设计经验。只有在这样的基础上, ANSYS才能做为PKPM的有益助手, 使结构设计人员的作品更加合理、更加经济。

参考文献

[1]周俐俐.多层钢筋混凝土框架结构设计实例[M].北京:中国水利水电出版社, 2011:245-248.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2011.

[3]江见鲸.混凝土结构有限元分析[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005:221.

[4]尚晓江, 邱峰, 赵海峰, 等.ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2006:191-202.

ansys梁小结 篇5

钢筋混凝土结构是世界上应用最为普遍、范围最广的结构形式。而耐久性对钢筋混凝土结构影响甚大,然而,钢筋混凝土结构设计当中,对其考虑甚少,造成很多钢筋混凝土结构由于钢筋锈蚀而产生破坏。本文对三根不同锈蚀率的钢筋混凝土梁进行ANSYS有限元分析,得到的锈蚀钢筋混凝土梁的荷载-跨中挠度曲线,并对锈蚀钢筋混凝土简支梁的刚度变化规律、破坏特征、裂缝发展规律进行研究,并与锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算值进行对比。

1 材料的非线性本构关模型

1.1 混凝土本构模型

钢筋混凝土结构的有限元分析的难点在于本构模型的建立。对于锈蚀的钢筋混凝土本构模型的描述也无定论。虽然,钢筋混凝土的锈蚀对混凝土本身的特性无特殊影响,可是其中部分锈蚀产物填充到混凝土内部孔隙里以及混凝土碳化、受酸盐腐蚀作用,在一定程度上影响了混凝土的力学性能。为使计算简化,多数学者在计算中假定混凝土各向同性近似认为腐蚀前后混凝土弹性模量基本保持不变。

1.2 锈蚀钢筋本构模型

锈蚀钢筋名义应力-应变关系与钢筋锈蚀率有关,但不同试验所得有所不同。

式中:η为钢筋平均截面锈蚀率;fyc、εuc为锈蚀钢筋名义屈服强度和极限强度;fy、εu为未锈蚀钢筋屈服强度和极限应变;dc为锈蚀钢筋的剩余直径mm;d为未锈蚀钢筋的直径,mm。

1.3 锈蚀钢筋与混凝土间粘结滑移本构模型

锈蚀钢筋混凝土梁受力性能的有限元模拟,较为普遍的方法则是利用未锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移关系乘以粘结锈蚀退化系数,最后得到锈蚀后的粘结滑移关系。本文也采用此法。

典型的粘结滑移曲线包括五段,分别为:(1)微滑移段;(2)滑移段;(3)劈裂段;(4)下降段;(5)参与段。

锈蚀后钢筋与混凝土之间的粘结强度降低系数β[5]为:

锈后钢筋与混凝土之间的局部粘结强度τ为

式中:τ0为未锈钢筋与混凝土之间的粘结强度。

2 锈蚀钢筋混凝土的破坏准则

混凝土的破坏准则采用Willan-Warnker的五参数模型,其表达式为:

式中,f是主应力的函数,S表示失效面。

在ANSYS中,混凝土采用的是Willam-Warnke五参数破坏曲面,需要输入五个参数来确定混凝土的失效面,即:混凝土单轴抗拉强度ft,单轴、双轴抗压强度fc与fcb,围压压力σah,在围压作用下的双轴、单轴抗压强度f1与f2,当围压较小时,失效面也可以仅仅通过两个参数ft和fc来确定,其他的三个参数采用Willam-Warnke强度模型默认值:fcb=1.2fc、f1=1.45fc、f2=1.725fc。本文中,裂缝张开剪应力传递系数与裂缝闭合剪应力传递系数分别取为0.6和1,抗拉强度为2.97,拉应力折减系数为-1。

3 模型的选取、建立及求解

3.1 ANSYS中单元选择

锈蚀混凝土梁采用Solid65单元来模拟。纵向受拉钢筋、箍筋及水平分布筋均采用LINK8单元模拟。为了模拟锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结关系,采用了Combin39单元。Combin39单元是一个具有非线性功能的弹簧单元,可对此单元输入广义的力-变形曲线以定义它的非线性行为。钢筋和混凝土的接触面之间的相对移动有法向、纵向切向和横向切向三个方向,为全面考虑钢筋混凝土连接面上的相互作用,在钢筋和混凝土连接面上在每一对对应节点之间均分别建立三个非线性弹簧单元来模拟钢筋与混凝土之间三个方向的相互作用。

3.2 有限元模型建立

ANSYS中,钢筋混凝土结构的有限元模型主要有分离式、组合式和整体式3种形式。考虑到锈蚀钢筋混凝土中,钢筋与混凝土中之间粘结滑移的粘结问题,本文中采用钢筋与混凝土分离式建模,在钢筋和混凝土之间插入界面单元,用来模拟钢筋与混凝土之间的粘结与滑移。用combin39单元时,每个纵筋节点处设置3个长度为零、具有不同刚度、互相垂直的非线性弹簧,垂直于钢筋的弹簧刚度取一个大数,即不考虑在垂直方向的滑移;平行于钢筋的弹簧刚度是根据锈蚀钢筋与混凝土的局部粘结滑移关系,再考虑钢筋单元的表面积来确定。

3.3 求解

ANSYS模拟钢筋混凝土时,收敛困难,这里主要包括网格密度、子步数、收敛准则、收敛精度等一些影响因素。本文分析类型为静定结构分析,采用Newton-Raphson方法,荷载子步为100步,并且为了加速求解速度及收敛速度,进行线性搜索和预测选项,收敛准则选用残余力的二范数来进行控制收敛,收敛容差值为0.05,进行计算,结果收敛。

4 实验与分析

4.1 实验模型

搜集文献[6],得到3根不同锈蚀率的钢筋混凝土梁,编号分别为X20,X40,X60。试验采用三分点加载方式,分级加荷,直至梁破坏为止,主要测定开裂荷载、极限荷载、跨中挠度等。

4.2 结果分析

4.2.1 ANSYS模拟荷载-挠度关系曲线对比分析

图2分别为X20、X40、X60试验与本文ANSYS有限元计算的荷载-挠度关系对照图。从图2中,可以发现在开裂荷载之前,亦即弹性范围阶段,试验与模拟很接近;开裂后,荷载增大X20的荷载-挠度曲线符合良好,而X40、X60的模拟级试验荷载-挠度曲线有差距。本文认为:开裂之前,锈蚀钢筋混凝土梁与普通混凝土梁相差不多,此时,钢筋与混凝土的之间的粘结力仍未达到极限值;开裂之后,X20荷载-挠度曲线符合良好,是因为其锈蚀程度较小,钢筋与混凝土的粘结强度仍然较高,随着荷载增大,与试验值比较接近。X40、X60两根梁由于锈蚀率不断增大,钢筋与混凝土之间的粘结强度在不断降低,导致开裂后,荷载-挠度曲线有明显的转折,试验的挠度增长增快。

图2中试验曲线比模拟曲线值变形能力大,其原因是受压混凝土在破坏后,仍继续承受荷载,是得其充分发展,导致试验梁的变形能力大。

4.2.2 ANSYS模拟裂缝开展形态对比分析

X20梁当荷载加开裂荷载时,跨中底边出现第一条裂缝,当荷载加至16KN时,加载点和跨中出现许多微小裂缝,当荷载加至极限荷载时,由于钢筋屈服混凝土压碎而发生塑性破坏,破坏形态如图所示。X20梁当荷载加载至9KN时,跨中出现第一条微小裂缝,当荷载加载至15KN时加载点附近出现大量的斜裂缝,当荷载加载至24KN时,试件由于钢筋屈服发生脆性破坏,破坏形态如图所示。X60梁当荷载加载到6KN时,在跨中出现第一条裂缝,当荷载加至19KN时,试件由于钢筋屈服而发生脆性破坏,破坏形态如图。ANSYS有限元模拟,当达到开裂荷载后,在梁中底部出现微笑裂缝,随着荷载增大,出现大量斜裂缝,达到破坏荷载后,裂缝增大,混凝土压碎,钢筋屈服。

4.2.3 ANSYS计算结果与试验结果对比分析

表1为试验及ANSYS模拟梁开裂荷载级极限荷载的对比。从表1中,发现不同锈蚀钢筋混凝土梁的试验值与ANSYS计算的开裂荷载值极为相近,这也符合前面的描述;对于极限荷载,X20、X40、X60的ANSYS计算值比试验值分别大13%、23%、49%,可见,随着锈蚀率的增大,按对未锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移关系乘以粘结锈蚀退化系数,得到锈蚀后的粘结滑移关系,虽然在有限元计算与试验值在误差允许范围,但是随着锈蚀率的增大,计算值效果越来越差。

从表1中,发现随着锈蚀率的增大,极限荷载是不断再减小的,可见锈蚀率的不断增大对钢筋混凝土梁的破坏是有着很大的影响,试验值的极限荷载下降幅度比有限元计算值要大。

5 结论

在锈蚀率较小的情况时,锈蚀钢筋混凝土与钢筋的粘结模拟按照以往对未锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移关系乘以粘结锈蚀退化系数,再得到锈蚀后的粘结滑移本构关系,并利用ANSYS有限元软件中的Combin39单元描述这种本构关系,最终进行的模拟结果较为理想。另外,本文发现随着锈蚀率增高,这种模拟方式出现模拟结果与试验结果不断增大,但由于试验数据较少,对此结论的证明不足,今后,将对此现象进行不断研究和完善。

参考文献

[1]GB5001022002,混凝土结构设计规范[S].

[2]商登峰.锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能研究[D].上海:同济大学,2005.

[3]徐善华.混凝土结构退化模型与耐久性评估[D].西安:西安建筑科技大学,2002.

[4]江见鲸.钢筋混凝土非线性有限元分析[M].西安:陕西科学技术出版社,2002.

[5]Al2Sulaimani G L,Kaleemulah M,Basunbul I A,Rasheeduzzafar.Influence of Corrosion and Cracking on Bond Behavior and Strength ofReinforced Concrete Members[J].ACI Structural Journal,1990,87(2):220-231.