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用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件


用 Ansys 或 Abaqus 分析钢管混凝土结构或构件
以上两个软件国外都有人用来分析钢管混凝土结构,但建模的方法不尽相同。关 键在于钢管和混凝土本构关系的选取以及两者之间的界面处理方法, 各位有没有 这方面的经验能向我们大家介绍一下。 ========== 程序中大概只有 Drucker-Prager 比较适合描述受约束混凝土的本构关系,因为 这个模型可以考虑 h

ydrostatic stress (流体静应力)的影响。在程序中,需 要输入 cohesion, angle of internal friction,(one more for ANSYS is the angle of dilatancy)。 值得注意的是,两个软件确定这几个参数的公式各不相同,很是令人头疼。 其实 user manuals 不可能给出明确的表达式,因为到目前为止,好像没有研究 把钢管的强度,混凝土的强度,含钢率等等因素(i.e. the confinement)全部 在 Drucker-Prager 中考虑进去。 至于两种材料的界面,日本的 Hanbin Ge 曾用 link element 来模拟,但在他的 文章中,没有详细的描述。轴压状况下,好像可以忽略滑移。偏压可能情况有所 不同。 ========== 韩教授书上的混凝土应力-应变关系,可以简单理解为单向受力的混凝土本构关 系(考虑了钢管的约束),因此不能用于多向应力状态下混凝土的有限元分析。 材料非线性有限元分析,需要定义材料的屈服面,流动准则,强化准则,等等。 对受约束的混凝土,还要考虑体积膨胀,钢管对它的约束等因素。显然,不是一 个简单的应力-应变曲线所能概括的。 ========== 三向有限元分析,需要定义屈服面、流动准则和强化准则等等,而考虑钢管约束 的混凝土本构关系,只是应力-应变关系。 对钢管混凝土的有限元分析,主要困难是如何定义屈服面,和模拟两个材料之间 的滑移,我曾经用过接触分析(contact analysis)来求轴压构件的承载力,发 现最大承载力能够比较精确地求得,但是精确的荷载-位移曲线很难获得,因为 商用软件(Ansys\Marc)里面的 D-P 模型是塑性模型。最近正在想定义一个适用 于钢管混凝土的本构关系,不知道能够行的通。有了确定的结果,一定和大家探 讨。 =========== 没想到一年前发的一个帖子引起大家这麽多关注,感谢大家的支持。 本人现在已完全实现用 Ansys 分析钢管混凝土,现在将我的思路介绍一下,不当 之处请指正。 1。钢单元采用壳元,混凝土采用实体元,界面采用接触单元,另外也可以加弹 簧单元,如果加弹簧单元后,接触元的摩擦系数可设为 0。 2。钢材用弹塑性模型,泊桑比可取为 0.25,混凝土模型的弹性阶段泊松比可取 为 0.2,弹塑性阶段有两种方式实现,一种采用 Drucker-Prager 模型,因为该 模型中两个参数和具体约束状态相关,但选择时计算结果差别不大,建议对于圆 形截面采用同一组参数,对于方、矩形分区采用两组参数;另一种方法是直接输

入由试验得出的单向素混凝土模型, 因为所谓的三向应力应变模型是在单向基础 上产生的,给出双向应力状态和单向应力状态情况下的比值,根据计算过程中截 面的变形,即可得出截面实际的应力分布。界面的摩擦系数可采用 0.25。 3。对于短柱可采用 1/4 对称截面,对于长柱可采用 1/2 对称截面。 4。以上方法分析结果不仅能较精确的得出承载力,而且能模拟下降段,和大量 试验结果吻合较好。 ========== 请问各位高手,钢管混凝土接触分析中,面对面的接触单元怎么生成?需要设置 什么参数?看了几本书,都讲的很含糊,看不懂,不知怎么搞?现在只会用接触 单元向导做,挺麻烦的,选择面不好选!而且程序自己完成了设置,要是它采用 的参数和自己想要的不一样咋办? ========== ttt_ttt 所说的: 直接输入由试验得出的单向素混凝土模型, 因为所谓的三向应力应变模型是在单 向基础上产生的,给出双向应力状态和单向应力状态情况下的比值 那输入应力应变关系时是直接用单向应力应变关系?还是输入考虑三向应力状 态后(更改参数后)所计算的应力应变关系? ansys 中可否按书上所列的输入完整的三向应力应变关系,而不是仅仅一条应力 应变曲线?如何输入啊? 也看到有人说,定义 tb,concr 后,定义 tb,mkin,输入混凝土的应力应变关系曲 线,这样也就将屈服准则、流动法则、硬化法则等确定了。这样计算是否合理? 输入的单轴应力应变可否? 望各位大侠不吝指教 =========== 1、钢管对混凝土的约束效应,根本不能由弹簧单元反映出来。 因为,受到约束后的混凝土相当于一种特殊的混凝土,可以称为“约束混 凝土”,而对于约束混凝土,必须首先研究其本身的本构关系,即应力-应变发 展关系,同时需要研究它的屈服准则、后继屈服准则以及破坏准则,这就需要有 新的材料模型,“约束混凝土”与普通混凝土的本构关系有区别,在过镇海《钢 筋混凝土原理》一书中,专门介绍过约束混凝土的本构关系 KENT-PARK 模型。在 韩林海老师一书中也有介绍。 2、弹簧的模拟只是可以将钢管对混凝土的约束作用进行传递。 混凝土的受约束后的性能有了,但是它受到钢管的约束这样产生,主要是通 过弹簧单元或其他界面单元来实现,实现的准确有否,关键在于弹簧的 f-d 曲线 来定义,可以用 combination39 来模拟。 3、混凝土的材料本构的定义 (1)、D-P 材料,可以反映混凝土的拉压强度不同,但是不能反映开裂。至于 三个参数的取值,可以参考 ANSYS 中文手册的高级手册。 (2)、CONCRETE 材料的定义。 单调加载分析本人建议: (A)、受约束混凝土的应力-应变关系:非线弹性材料曲线。 (B)、CONCRETE 破坏准则。 反复加载分析,陆新征建议: (A)、随动强化模型;

(B)、CONCRETE 破坏准则。 4、以上仅为个人意见,请供参考,本人也一直在努力! 我觉得,如果不考虑泊松比的变化,在 ansys 的三维有限元模拟体现不出来钢管 的约束效应。 因此,如果不考虑泊松比变化,可以考虑利用约束混凝土下的单轴应力-应变关 系再结合 ansys 已有的屈服准则、流动准则、强化准则, 而 solid65 考虑混凝土的拉裂和压碎,因此还多了一个破坏准则 我觉得 ansys 里面的非线性本构关系本身已体现了屈服准则、流动准则、强化准 则, 因为,我觉得我们用的时候,都是先定义一个非线性材料特性,然后再输入该非 线性材料特性所对应的本构关系的参数,, 这两天刚学的,请批评指正,谢谢! ========= 这个地方我没搞明白, 我看不少命令流文件定义 solid65 的时候就这样子 tb,concr,2 !定义 2 号为混凝土 1 tbdata,,0.9,1,1.8,50 !定义混凝土的 c1,c2,Rl,Ra 我没看到另外定义什么随动强化, 我看帮助文件, 感觉 concr 破坏准则是适合钢筋混凝土构件在冲击荷载下的本构 关系, 我看有人用 tb,concr,2 !定义 2 号为混凝土 1 tbdata,,0.5,1.0,1.8,-1 !定义混凝土的张开裂缝剪力传递系数 0.5,闭合裂缝 传递系数 1.0, !单轴受拉极限强度,单轴受压极限强度-1,c1,c2,c3,c4,后面四个参数按缺省 取值。 然后再来一个 MP,PRXY,1,0.20 MP,DENS,1,25E3 TB,MELA,1,0,9 TBTEMP,0 TBPT,,0.000100,3.3e6 TBPT,,0.000500,8.82e6 TBPT,,0.001000,15.11e6 TBPT,,0.001500,18.89e6 TBPT,,0.002000,20.15e6 TBPT,,0.002500,19.31e6 TBPT,,0.003000,18.47e6 TBPT,,0.003500,17.63e6 TBPT,,0.004000,16.79e6 这样的命令流,意思是先让混凝土的压碎判据失效,然后再定义一个本构关系, 这样是不是有矛盾?我觉得 tb,concr,2 就可以了,然后定义那前面四个参数就 可以了,没有必要再弄 BKIN 准则, 不知道什么回事,,

========== tb,concr,2 !定义 2 号为混凝土 1 上面的在这个地方应该是 tb,concr,1 tbdata,,0.5,1.0,1.8,-1 !定义混凝土的张开裂缝剪力传递系数 0.5,闭合裂缝 传递系数 1.0, !单轴受拉极限强度,单轴受压极限强度-1,c1,c2,c3,c4,后面四个参数按缺省 取值。 然后再来一个 MP,PRXY,1,0.20 MP,DENS,1,25E3 TB,MELA,1,0,9 TBTEMP,0 TBPT,,0.000100,3.3e6 TBPT,,0.000500,8.82e6 TBPT,,0.001000,15.11e6 TBPT,,0.001500,18.89e6 TBPT,,0.002000,20.15e6 TBPT,,0.002500,19.31e6 TBPT,,0.003000,18.47e6 TBPT,,0.003500,17.63e6 TBPT,,0.004000,16.79e6 我看,觉得没有理由这样做啊,希望大家给我答疑啊 =========== 我这几天做了带约束拉杆的方钢管在水平荷载和垂直荷载下分析, 当 solid65 只定义 concr 破坏准则时,打开压脆,可以收敛,峰值和试验曲线基 本相同,力-位移关系与试验曲线相差较大, 当同时定义本构关系, 我尝试用了 2 种,一种是随动强化模型,一种是 dp 模型 采用 mkin 模型时,本构关系采用了 honstad 本构关系,也试了韩林海老师的方 钢管混凝土的约束混凝土本构,都试了考虑下降段和不考虑下降段的情况, 对 dp 材料模型,利用国内文献上出现的两种不同的计算 c1,c2,c3 的方法(计算 结果相差较大) 这些尝试都没有达到最终的收敛效果,我参考的试验算例的变形位移角比较大, 达到 6%。我基本上没办法得到收敛的结果,我采用的是位移控制加载 前面的回贴好像已经有人做出来,而且效果不错,希望更详细介绍一下,谢谢 ========== 1、solid45 单元本身不带考虑开裂与压碎功能的,所以您打开和关闭压碎、拉 裂,对他来说,对没有任何意义,不信,您可以检查一下您的结果,压根就看不 到任何的裂缝! 2、我看了您的命令流,我的看法主要有: 一、混凝土材料的定义 您用的是 tb,concr,2 !定义 2 号为混凝土 tbdata,,0.5,1.0,1.8,34 !定义混凝土的张开裂缝剪力传递系数 0.5,闭合裂缝

传递系数 1.0, !单轴受拉极限强度,单轴受压极限强度-1,c1,c2,c3,c4,后面四个参数按缺省 取值。采用 ansys 提供的专用的混凝土材料模型,该模型采用 Willam & Warnke 五参数破坏准则 !,solid65 的本构关系的判断在破坏准则之前,按陆新征的建议,不采用压碎判 据(crush),设定单轴抗压强度=-1 tb,dp,2 !定义混凝土的本构关系采用 Drucker-Prager(DP)材料模型 tbdata,,4.48,60.5,60.5 !定义 solid65 的 Drucker-prager 材料特性,粘聚力 4.48,内摩擦角 60.5,膨胀角 60,考虑采用相关流动法则 我的建议是这样的: TB,MELA,3,1,8, !定义混凝土的本构关系采用多折线非线弹性(mutilinear nonlinear elastic)材料模型,对于单调加载是合理的! TBTEMP,0 TBPT,,0.0001,2.0 TBPT,,0.0005,9.73 TBPT,,0.0008,14.9 TBPT,,0.001,18 TBPT,,0.0015,24 TBPT,,0.002,30 TBPT,,0.0033,10 TB,CONC,3,1,9, TBTEMP,0 TBDATA,,0.25,0.75,3.0,-1,, 定义混凝土的张开裂缝剪力传递系数 0.5,闭合 裂缝传递系数 1.0, !单轴受拉极限强度 3.0,单轴受压极限强度-1,c1,c2,c3,c4,后面四个参数按 缺省取值。 TBDATA,,,,,,, 二、求解控制设置 cnvtol,U,,0.05,2 !定义收敛条件,使用缺省的 VALUE 我的设置是 CNVTOL,F, ,0.005,2, , 对于位移控制,我建议采用无穷级数控制,清华也是这样! 其他差不多! 三、其他建模我没有细看,您先试一试,如果有问题,继续讨论!

discrete rigidp(离散刚体):任意形状的;在载荷作用下不可以变形; analytical rigid(解析刚体):只可以用直线、圆弧和抛物线创建的形状;在载 荷作用下不可以变形; deformable (柔体):任意形状的,可以包含不同维数的特征(实体、表面、线); 在载荷作用下可以变形


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