三板溪水电厂机电仓库钢结构三维有限元静力分析
钢结构的静力分析

钢结构的静力分析钢结构作为一种重要的建筑材料,广泛应用于各种建筑工程中。
在设计和施工过程中,对钢结构的静力分析是必不可少的步骤。
本文将对钢结构的静力分析方法进行详细探讨,旨在帮助读者更好地理解和应用这一技术。
1. 概述钢结构的静力分析是通过力学原理和方法,对钢结构系统在静力平衡条件下的受力情况进行研究和计算。
其目的是确定结构的受力状态,包括杆件的内力、节点的位移以及整体结构的稳定性。
2. 分析步骤(1)建立结构模型钢结构的静力分析首先需要建立一个准确的结构模型。
模型包括结构的几何形状、材料性质、支座情况等。
可以使用建模软件如AutoCAD、PKPM等进行建模。
(2)确定边界条件边界条件是指结构与周围环境或其他结构之间的相互作用关系。
包括支座的约束、外界加载等。
在确定边界条件时,需要考虑结构的实际情况以及设计要求。
(3)建立受力方程通过应变-位移关系、材料的本构关系以及平衡条件,可以建立结构的受力方程。
这些方程通常组成一个大型的线性代数方程组。
(4)解方程求解通过求解受力方程组,可以得到结构中各个杆件的内力和节点的位移。
可以借助计算机软件如ANSYS、ABAQUS等来进行计算。
(5)分析结果对求解得到的内力和位移进行分析和评估。
判断结构的强度、刚度和稳定性是否满足设计要求,如需要可以进行优化设计。
3. 常用方法在钢结构的静力分析中,常用的方法包括弹性分析方法、刚度法、有限元法等。
(1)弹性分析方法弹性分析方法是基于结构材料和截面的线性弹性性质进行计算的一种方法。
它适用于结构的变形较小、载荷在弹性范围内的情况。
(2)刚度法刚度法是一种基于结构刚度矩阵计算的静力分析方法。
通过建立结构的刚度矩阵和荷载向量,可以得到结构的节点位移和杆件内力。
(3)有限元法有限元法是一种较为通用的数值计算方法,适用于复杂结构和非线性分析。
它将结构离散为许多有限单元,通过求解单元的位移和力,得到整体结构的受力情况。
4. 工程实例为了更好地理解钢结构的静力分析,我们以一座桥梁的分析为例。
某厂房整体结构三维有限元静力分析
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2 计算工况 、 计算模 型及边界条件
2 1 计算 工 况 .
荷载及组合表见表 1 。各工况相应 的上 、 下游水位 : 工况 1 上游水位 1 8 .0m 下游水位18 13 : 0 5 8 6 .6m 工况 2 上游水位 180 5 下游水位18 13 : 8 .0m 6 .6m
2 3 荷载 施加 .
本次计算 的主要 荷载 包 括 : 自重 、 水压 力 、 电设备 机 荷载 、 副厂房 及尾水平 台荷载 、 地震荷载等 :
计算模型应用 的坐标 系为 : 流方 向为 x轴方 向 , 水 向 下游为正 ; 高度 方 向为 Y轴方 向 , 沿 向上 为正 ; 坝轴 线方 向为 z轴 方 向 , 向右岸 为 正。整体 坐标 系原 点在 坝上游
某 厂 房 整 体 结 构 三 维 有 限 元 静 力 分 析
马 兰芳 , 周琳博
( 哈尔滨市水务科学研究 院 , 哈尔滨 100 ) 5 0 1
[ 要] 以某水 电站厂房整体结构 为研 究对 象, 摘 应用大型通 用有限元计 算软件 ass ny 对厂房 整体 结 构 进 行 了三 维 有 限元 应 力计 算 , 算 了 3种 工 况 下厂 房 整 体 结 构 的 正 应 力 、 计 第一 主 应 力、 三主应 力 分布 云 图 , 第 分析 了该 厂房 整 体 结 构 的应 力 最 不 利及 位 移 最 大位 置 , 为该 拱 坝 这 在施 工期及运行期提供 了可靠的参考数据 , 也为同类型.程提供参考价值 。 Y - [ 关键词] 厂 房整 体 结构 ;ny ; 力 分析 ass应
河床 式水
电机层柱顶上 , 中 吊车荷 载按影 响线计算 得 出 ; 尾水 其 ④
大型水闸三维有限元抗滑稳定分析
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大型水闸三维有限元抗滑稳定分析[摘要] 本文对新疆叶尔羌河中游渠首工程泄洪闸闸室结构和地基采用大型有限元软件ANSYS进行三维有限元抗滑稳定静、动力分析,静力分析采用弹性材料进行模拟,动力分析采用模态分析并结合反应谱法进行计算。
计算结果表明各工况下闸室结构抗滑稳定满足要求,可以直接为工程设计服务。
[关键词] 大型水闸三维有限元抗滑稳定分析1.工程概况新疆叶尔羌河中游渠首工程属大(2)型、Ⅱ等工程。
渠首由泄洪闸、进水闸、溢流堰兼西岸输水涵洞和上、下游导流堤、分流墙组成,枢纽总布置型式采用一字型闸堰结合型式。
泄洪闸为主体建筑物之一,为2级建筑物。
枢纽区距伽师强震区较近,地震设计烈度为7度,正常水位1192.25米,校核洪水位1193.99米。
闸基主要持力层为粉细砂层(Q4-1al+pl),泄洪闸闸室结构为普通钢筋混凝土结构,闸底板采用折线形,结构受力复杂,对闸室结构抗滑稳定不利[1]。
2.计算工况、荷载及其组合2.1 计算工况计算时主要考虑下面四种工况:工况1:完建工况工况2:正常运行工况工况3:校核洪水位工况工况4:地震工况2.2 计算荷载及其组合荷载计算主要包括闸室及上部结构自重、静水压力、水重、闸底板所受扬压力、浪压力及地震荷载。
荷载施加的具体情况如下:(1)在闸墩上游侧按工况施加静水压力、浪压力和泥沙压力。
(2)在闸墩下游侧按工况施加静水压力。
(3)按不同工况考虑闸室底板承受的水重和扬压力(采用改进阻力系数法计算水闸底板渗透压力)。
(4)将闸门所受荷载直接加在闸门槽上。
(5)按设计情况考虑闸门自重。
(6)土体自重均按饱和容重计算。
(7)闸室结构自重按钢筋混凝土容重计算。
计算时完建工况和正常运行工况为基本组合,校核洪水位工况和地震情况为特殊组合。
需计算的荷载见表1[2]。
3.计算方法3.1 基于三维有限元的静动力计算利用ANSYS有限元软件进行闸室结构和地基稳定的三维静动力稳定性分析,计算中将材料按弹性介质进行处理。
三维钢结构模块建筑结构受力性能分析3篇
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三维钢结构模块建筑结构受力性能分析3篇三维钢结构模块建筑结构受力性能分析1三维钢结构模块建筑结构受力性能分析随着工程技术的不断发展,建筑结构也在不断地演变和更新。
在传统的建筑结构中,砖墙、混凝土等材料被广泛使用。
但是这些材料在重量、强度、施工等方面存在一些问题。
随着现代技术的不断推广,三维钢结构模块建筑结构逐渐兴起,成为了建筑行业的新兴力量。
三维钢结构是指以钢材为主要构造材料,采用三维设计理念,结合建筑、制造和安装工艺的先进技术,构筑起来的一个完整的建筑体系。
三维钢结构的优点在于其具有良好的可塑性、抗震性、耐火性、安全性、重量轻等特点。
且相较于传统的建筑结构,三维钢结构的建筑速度更快、再利用率更高,同时也能满足特殊需求。
但是,任何建筑结构都需要进行受力性能分析,以保证其稳定性和安全性。
三维钢结构模块建筑结构的受力性能分析仍需综合考虑各个环节的因素,并在设计过程中进行充分的测试和验证,以确保结构的稳定性和安全性。
首先,应对钢结构三维模块进行强度分析。
通过计算每个模块所受力量的大小,以及力的作用点和方向的不同,计算出三维模块的应力大小,比较应力与强度的关系,以判断模块强度是否足够。
其次,针对三维钢结构模块的抗震性能进行分析。
地震是导致建筑物损坏的最常见原因之一,针对建筑物的抗震性进行分析是十分必要的。
在三维钢结构设计中,工程师需要结合不同区域的地震波、地基的情况和结构本身的特点,对结构进行抗震计算,并制定相应的理化性能指标,以达到建筑物在地震中的安全。
最后,需要考虑三维钢结构模块的耐火性能。
在发生火灾时,建筑物失去稳定性和承载能力,这是十分危险的。
因此,需要在设计阶段考虑建筑物在火灾中的耐火性能,如在钢结构构件处使用防火涂层、设置防火分区等措施。
综上所述,三维钢结构模块建筑结构的受力性能分析是十分重要的。
在设计过程中,工程师需要综合考虑各个方面的因素,制定相应的性能指标,再通过测试和验证确认结构的稳定性和安全性。
钢结构设计中的静力分析
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钢结构设计中的静力分析在钢结构设计中,静力分析是一个至关重要的环节。
静力分析是指通过各种计算方法,对构件及结构作用力进行分析和研究的过程。
静力分析是结构设计的前提,也是保证结构安全的重要手段。
静力分析的目的是确定结构内部的各个构件的受力状态,以及各个构件之间的相互作用关系。
静力分析的主要内容包括应力、变形、位移、刚度等参数的计算和分析。
首先要确定结构的受力方式,其次是确定结构内部各个构件的受力状态。
通过分析各个构件受力特点,可以确定每个构件的设计参数,比如截面型号、尺寸等。
静力分析除了确定结构的设计参数之外,还可以对结构的安全性进行评估。
通过分析结构的受力状态,可以确定构件的应力和变形情况,并对构件进行强度验证。
在确认结构的安全性之后,还可以对结构进行优化,并减少材料的使用,从而达到节约成本的目的。
在进行静力分析时,需要掌握一定的计算方法和软件工具。
常用的计算方法有单元法、杆件法等。
单元法是指将结构分成若干个单元,在每个单元内计算应力和应变。
而杆件法则是将结构分成若干个杆件,在每个杆件内计算受力和变形。
随着计算机技术的不断进步,有很多专业的钢结构静力分析软件问世,如ANSYS、ABAQUS、SAP2000等,这些软件可以提高准确性和工作效率,使得钢结构静力分析更加简便。
钢结构静力分析需要注意的问题很多。
首先要明确结构的受力方式,通过应用力学知识计算满足结构稳定性和安全性的最小斜率系数。
其次,要正确选择计算参数,如刚度系数、材料参数、注意计算过程中的各种限制和约束条件,以尽可能完整地反映结构受力状态。
另外,还要关注结构的各种实际情况,如不均匀受力、变形、缺陷等,以尽可能真实地反映结构的受力状态。
总之,静力分析是钢结构设计的重要环节。
静力分析的主要目的是为了求解结构受力特点,确定设计参数,评估结构的安全性,并进行优化设计。
在进行钢结构静力分析时,要注意应用力学知识,选择合适的计算方法和软件工具,并关注结构的各种实际情况。
水电厂房三维有限元抗震分析
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s e t m p cr u
1 计 算模型和计算方法
11 计算模 型 .
摘 要 : 某 水 电站 厂 房 进 行 了抗 震 分 析 , 立 了 三 维 有 限 元 对 建
陈天红 , 刘云 贺 , 张俊发 谢清荣 谭海滨 , ,
(. 1西安理 工大 学 水利 水 电学 院 , 西安 7 0 4 ; . 南省城 乡规 划设 计研 究 院 , 1 0 8 2云 昆明 6 0 2 ) 5 2 8
Ana y i g t r hq k ssa c fPl nto y o we a i n l zn he Ea t ua e Re it n e o a fH dr po r St to
比较切 合 实 际地 反映 地 震反 应 , 要采 用 有 限元 法 需 进行 动力 计算 。
meh d whc s e e c a t a. t o , i hwa b n f il r 1 a i i KEY W ORDS: a a y i f e  ̄ q a e r ssa c ; ln n l ss a h u k e itn e p a t O o f
动力计算模 型 , 进行了模态求解 、 应谱分析 , 反 方法 简单 、 实 用, 计算结果全面 、 精度高 , 在复杂水工建筑物 工程 进行有 对 限元结构分析是有益的探讨 。 关键词 : 抗震分析; 水电厂房; 动力计算; 限元; 有 反应谱
一
某水 电站位 于云南 省境 内, 为二等 大( ) 2 型工
方 向的水 平 向 , 正方 向为沿 高 度方 向向上 , 标 坐 原 点在 机组 中心 线 上高 程为 6 23 。整 电工 程 大 多建 于西 南 、 北 地 区 西 的高 山峡 谷之 中 。这些地 区的水力 资源 占全 国水 力
三维钢结构模块建筑结构受力性能分析共3篇

三维钢结构模块建筑结构受力性能分析共3篇三维钢结构模块建筑结构受力性能分析1三维钢结构模块建筑结构受力性能分析随着社会的快速发展和技术的不断创新,建筑结构的设计和施工方式也在不断变化。
传统的建筑结构一般是由钢筋混凝土构成的,虽然具有较强的承载能力,但是施工周期较长,并且不够灵活。
而三维钢结构模块建筑是目前比较流行的一种新型建筑结构,具有施工周期短、建筑坚固耐用、适应性强、减少产生污染等优点,逐渐成为建筑界的新宠。
三维钢结构模块建筑结构的受力性能是非常重要的,在设计和施工过程中需要充分考虑,以确保建筑能够稳定地承载荷载,确保人员和设备的安全。
下面就对三维钢结构模块建筑结构的受力性能进行分析。
首先,钢结构建筑的稳定性是一个非常重要的指标。
钢结构不仅要能够承受自身重量,还需要能够承受风、震动、温度变化等外部因素带来的荷载。
因此,在设计过程中需要充分考虑结构体系的稳定性,采用符合要求的连接节点,增加结构的整体稳定性,确保钢结构建筑的安全性。
其次,三维钢结构模块建筑结构的受力性能还需要充分考虑结构的刚度和屈曲强度。
在传统的钢筋混凝土建筑结构中,由于钢筋强度大,一般不会出现屈曲现象。
但是,在三维钢结构模块建筑结构中,钢的强度和刚度相当大,因此在荷载作用下很容易发生屈曲。
因此,在设计和施工过程中需要充分考虑结构刚度和屈曲强度的影响,采用适当的加强措施,以确保结构的稳定性。
第三,三维钢结构模块建筑结构的受力性能还需要考虑建筑的使用寿命。
建筑的使用寿命直接影响到建筑的经济性和可持续性。
因此,在设计和施工过程中需要充分考虑建筑的使用寿命,采用高品质的材料,并采取适当的防腐措施,以确保建筑的使用寿命达到预期要求。
最后,三维钢结构模块建筑结构的受力性能还需要考虑建筑的抗震性能。
抗震设计是中国建筑行业的重要组成部分,同样也是三维钢结构模块建筑结构的核心指标之一。
在设计和施工过程中需要充分考虑结构的抗震性能,采用符合规范的结构体系,加强结构的抗震措施,确保建筑在地震事件中能够稳定地承载荷载,降低人员和设备的伤亡危险。
三维静动力分析
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(2-5)
三维静动力分析基础知识
三维静动力分析
1. 结构动力的研究方法[57]
动力学问题在国民经济和科学技术的发展中有着广泛的应用领域。最经常遇到的是结构动力学问题,它主要包括动力特性分析和动力时程分析两种类型。对水电站厂房的动力分析主要研究厂房结构在地震和机组震动作用下厂房结构的应力分布以及其稳定性。因此,对厂房结构的动力分析也就是抗震分析。目前,对水电站厂房动力分析的方法常有以下几种:
集中/分布静力、温度载荷 强制位移、惯性力等)作用下的响应,并得出所需的节点位移、节点力、约束反力、单元内力、单元应力和应变能等。工程结构设计中经常采用静力分析来分析结构承受极端载荷时的响应,得到相应的最大应变、应力和位移,进而讨论结构的强度问题。而且静力分析同时也可以求解结构的重量、重心以及惯性矩等。
(1)振型分解反应谱法
根据振动分析,多质点体系的振动可以分解成各个振型的组合,而每一振型又是一个广义的单自由度体系,利用反应谱便可以得出每一振型水平地震作用。经过内力分解计算出每一振型相应的结构内力,按照一定的方法进行各振型的内力组合。
该方法考虑了多个振型的影响,计算精度较高,但该方法是利用反应谱得出每一振型的地震反应,以静力方式进行结构分析,属于拟静力法的范畴.
有限单元法的基本思想早在二十世纪四十年代初期就有人提出,但真正用于工程中则是在电子计算机出现以后。“有限元单元法”这一名称是1960年美国的Clough.R.W在一篇名为“平面应力分析的有限元法”论文中首先使用的。40年来,随着现代力学、计算数学和计算机技术等科学的日益发展,有限元法的理论和应用都得到了迅速、持续的发展。有限单元法是目前工程技术领域中实用性最强,应用最为广泛的数值方法,它的应用已由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题,由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和波动问题;分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料等;从固体力学扩展到流体力学、传热学、电磁学等领域;在工程分析中的作用已经从分析和校核扩展到优化设计和计算机辅助设计相结合,成为科学研究和工程计算的一种最重要的方法。
钢结构的静力分析与优化设计
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钢结构的静力分析与优化设计钢结构作为一种常见的工程结构形式,在现代建筑和桥梁领域中得到广泛应用。
静力分析与优化设计是钢结构设计过程中至关重要的步骤,可以确保结构的安全性、经济性和可持续性。
本文将从分析和设计两个方面,探讨钢结构的静力分析与优化设计。
一、静力分析静力分析是钢结构设计的基础,旨在确定结构在各种荷载作用下的受力情况和变形状态。
在分析过程中,通常采用有限元法、弹性力学原理等方法进行模型建立和受力计算。
静力分析需要考虑以下几个方面:1. 荷载分析:首先需要确定各种荷载的大小和作用位置,如自重荷载、活载、风载、地震荷载等。
通过合理的荷载分析,可以计算出结构在不同荷载组合下的受力情况。
2. 结构模型建立:钢结构通常采用三维空间模型进行分析。
在模型建立过程中,需要考虑结构的几何形态、材料性质以及节点和连接方式等因素,确保模型的准确性和可靠性。
3. 受力计算:结构在荷载作用下会出现一系列受力情况,如轴力、弯矩、剪力等。
通过受力计算,可以确定各个构件的受力大小,并进一步评估结构的安全性和稳定性。
二、优化设计在钢结构设计中,优化设计旨在使结构达到最佳的性能要求,同时尽可能减少材料的使用量和建设成本。
优化设计需要考虑以下几个方面:1. 结构布局设计:优化结构布局是实现结构性能最佳化的关键。
通过合理的布局设计,可以有效减小结构的自重、提高结构刚度和稳定性,进而减少不必要的荷载传递和变形。
2. 截面选型优化:钢结构中的构件截面选择直接关系到结构的受力性能和成本。
通过合理的截面选型优化,可以在满足强度和刚度要求的前提下,减小结构的材料用量,降低工程成本。
3. 连接设计优化:钢结构中的连接方式对于结构的整体性能具有重要影响。
通过优化设计连接方式,可以提高连接的强度和刚度,增强结构的整体稳定性和抗震性能。
4. 结构参数调整:在结构设计过程中,通过调整一些关键参数,如构件尺寸、截面形状等,可以实现结构性能的最佳组合,从而达到优化设计的目的。
水电站地下厂房结构三维有限元数值模拟研究
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水 电站 地下 厂房能够 利用 地下 围岩承受 厂房 的 内源 振动 , 提高工 程的安 全性 和耐久性 . 大型水利 工程 中 在 得 到广泛应 用 。 动问题 属于 动力学 问题 , 电站 厂房 的振动 主要是 由水力 机组及 水流脉 动两 个主要 的振源 维 有 限元 数值 模 拟研 究
徐 伟 - 闫 滨 , 国 范 , 志 华 一 , 杨 胡
( . 阳农 业 大 学 水利 学院 , 阳 1 0 6 ; . 1 沈 沈 1 1 1 2 大连 理 工 大 学 土木 水 利 学 院 , 宁 大连 1 0 2 ) 辽 104
3 D i ie Elme t Co p t t n lAn l ss o t u t r l Ch r c e itc f 一 F n t e n m u a i a ay i n S r cu a a a t rsis o o Un e g o n d o p we t to d r r u d Hy r - o r S a i n
p ra t h o eia s po f r o sr c in e in f t e po r o e nd o h r wo k . ot n t e r t l up  ̄ o c n tu to d sg o h we h us a t e r s c Ke wor s: u de go d y o po r sai n n y d n r run h dr - we tto ; ume c l i lto i r a smu ain;m o l n lss h r ni rs o s a l ss da a ay i; a mo c e p n e nay i
Ab t a t Mo a a ay i n h r n c e p n e n lss n o i ot n p r o h d sg s c a t e l o s u b n sr c : d l n l s a d a mo i s r s o s a ay i o s me mp r t a s f t e e i n u h s h f r,t r ie a t o f u d t n h o u s a d c n r t r u d t e s i l c s n h r f t b r o e h o g - ii lme t c mp t— o n ai ,t e c l mn n o c e e a o n h pr a e a d t e d a u e we e d n t ru h 3 D f t ee n o u a o a t ne t n n r e t t d t e a in l y b u a n e go n h d o p we tt n u ig h p n ia d sg sa e i i o d r o u y h r t a i a o t u d r r u d y r — o r sa i d r t e r cp l e i n tg .T e e u t o s o t o n i h r s l s o e h a in l y o h e i n a d g v o u g sin o a ey mo i r g o h o e h u e h e e r h p o ie m— h w d t e r t a i ft e d sg n a e s me s g e t n s ft nt i f t e p w r o s .T e r s a c r vd d i o t o on
基于三维有限元应力分析的厂房结构配筋和裂缝宽度设计
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十分重要的。针对黄河上某大型河床 式水 电站 厂房 , 采用 三 维有限元技术对其进行整体 空间分析 , 细分析 结构应力 分 详 布规律 , 并对 结 构配 筋 和混 凝 土裂 缝 宽度 控 制提 出初 步 建
议。
1 河 床 式 厂 房 的 应 力 三 维 有 限 元 分 析
k / 楼板荷载 , N m; 安装 间 10k / 发 电机层 3 N m 、 0 N m 、 0 k / 州 速器层 1 N m 、 轮机层 1 N m 、 水平 台 5 N m 、 5k / 水 5k/ 尾 0k / 副厂房 7k / N m 。以上各种荷载在结构计算时还需乘上 柑应
在大流量 、 低水头 的河段修建河床式 水 电站有 利于提 高 水资源的利用率 , 加发 电量 。但 是 , 增 河床式 水 电站 厂房 本 身既是 发电建 筑物 , 又是 挡 水建 筑 物 , 空 间结构 、 其 受力 状
板荷载 。2种 工况的不同处在于设备荷载的扭矩力 。检修工 况的荷载与 正常 运行 时 基本 相 同 , 同的 是流 道 中无 水 不 力、 设备荷载 中不考虑机组运行 荷载等 。检修 工况考虑 2种
括 静 水 压 力 、 压 力 、 压 力 、 组 段 问横 缝 处 的 水 压 力 、 扬 浪 机 尾
河床式水 电站厂 房由于结 构型式和受 力条件 复杂 , 须采 用整体三 维有 限元 数 值分 析方 法 。选取 一个机 组段 , 房 厂
上、 下游 及底 部均选取延度不小于 5 的计算范 围 , 0m 整体 = !
态、 边界条件 都非常复杂 。获得 进 口、 上部结构 、 水下结构 等
部 位 的 应 力 情 况 , 结 构 的 配 筋 设 计 和混 凝 土 裂 缝 的 控 制 是 对
任意结构三维有限元静力分析的研究
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摘要摘要在对一些工作环境复杂的器件进行仿真设计时,比如在航天器上工作的诸多器件,由于其工作环境恶劣,不确定因素较多,器件失效的概率随之大幅上升,所以在进行器件仿真设计时,必须考虑到多方面的因素,正是在这种情况下,多物理场协同仿真设计应运而生,多物理场主要指的是电磁环境,力学环境和热学环境三方面因素,目前业界还没有一个比较成熟的多物理场仿真设计软件。
基于国内对多物理场软件自主研发的需求,本论文的研究方向为力学仿真环境的搭建,由于力学分析内容广泛,分支较多,相互渗透,论文选择了三维模型的静力分析作为研究,数值方法上选择有限元法,有限元法原理简单,能够应对任意模型,目前已经成为解决偏微分方程的普遍的数值计算方法,已经广泛运用到各个工程领域和工业领域,相比与其他数值算法,有限元法具有明显优势。
本文将以弹性力学基本理论为基础,结合有限元法,采用两种基函数,面向对象编程,对任意三维结构进行静力学分析,获得其在特定静力环境下的形变分布云图,并将分析结果与国外成功的商用软件的仿真的结果进行对比,作出相应的误差分析,最终形成一个成熟的三维模型的静力分析求解器。
本论文的主要研究工作包括了如下的几个方面:1、调研国内外弹性力学及其有限元方法的发展现状和发展前景,仔细了解国内外多物理场软件协同仿真设计的研究进展。
然后对弹性力学基本原理和有限元方法基本原理进行研究,推导一阶基函数和二阶基函数下的基本公式,提出针对三维空间问题静力分析的可行性方案。
2、将相关弹性力学和有限元理论进行代码的实现,采用c++面向对象的编程方式,提出可行的代码设计方案,考虑的情况包括合理的内存管理,较好的可扩展性和移植性,较好的时间复杂度等。
3、针对自己的代码,分别针对一阶基函数和二阶基函数的情况,采用多组三维模型进行测试,最终通过计算结果画出其场图分布,与ANSYS的仿真结果进行对比,作出收敛性分析,并分析其误差产生的原因。
关键词:弹性力学,有限元,静力分析,ANSYSABSTRACTABSTRACTIn the design of complex devices in some working environments, such as the work of many devices on the spacecraft, due to its poor working environment, more uncertain factors, the probability of failure of the device with a substantial increase, so the device simulation design , It is necessary to take into account many factors, it is in this case, multi-physics co-simulation design came into being, multi-physics field mainly refers to the electromagnetic environment, mechanical environment and thermal environment three factors, the industry also Not a more mature multi-physics simulation software.Based on the domestic demand for the independent research and development of multi-physics software, the research direction of this paper is to build the mechanical simulation environment. Due to the wide range of mechanics analysis, the branch is more and the mutual penetration, the paper chooses the static analysis of the three-dimensional model as the research, The finite element method is simple and can deal with any model. It has become a universal numerical method to solve the partial differential equation. It has been widely used in various engineering fields and industrial fields. Compared with other numerical algorithms, Finite element method has obvious advantages.In this paper, based on the basic theory of elastic mechanics, combined with finite element method, two kinds of basis functions and object-oriented programming are used to statistically analyze any three-dimensional structure, and the deformation distribution cloud image is obtained under the specific static environment. The results are compared with the results of the successful commercial software simulation in foreign countries, and the corresponding error analysis is made to form a static three-dimensional model of the static analysis solver. The main research work of this paper includes the following aspects:In this paper, based on the basic theory of elastic mechanics, combined with the finite element method, the static analysis of any three-dimensional structure is carried out to obtain the deformation distribution cloud diagram in the specific static environment, and the results of the analysis with the successful commercial software The results were compared to make the corresponding error analysis and eventually form a mature three-dimensional model of the static analysis module. The main researchABSTRACTwork of this paper includes the following aspects:1. To study the development status and development prospect of elastic mechanics and finite element method at home and abroad, and to study the research progress of multi-physics software co-simulation design at home and abroad. Then, the basic principle of elastic mechanics and the basic principle of finite element method are studied. The basic formula of first - order basis function and second - order basis function is deduced, and the feasibility scheme for static analysis of three - dimensional space problem is proposed.2. This paper proposes a feasible code design scheme, which includes reasonable memory management, good scalability and portability, and the better. Time complexity and so on.3. For the case of the first-order basis function and the second-order basis function, the multi-group three-dimensional model is used to test, and the displacement map is drawn with visIt, and the simulation results are compared with ANSYS simulation results. The reason for its error.Key words: elastic mechanics, finite element, static analysis, ANSYS目录第一章绪论 (1)1.1弹性力学的基本内容 (1)1.2有限单元法的概念和分析过程 (1)1.3论文课题的研究意义 (3)1.4论文所用到的分析工具和相关软件介绍 (4)1.5本论文的结构安排 (6)第二章弹性力学的有限元法 (8)2.1弹性力学基本方程 (8)2.1.1静力平衡方程与剪应力互等定理 (8)2.1.2 弹性力学几何方程 (10)2.1.3弹性力学物理方程 (10)2.2虚位移原理与最小势能(位能)原理 (11)2.3四面体单元的一阶基函数的基本理论 (13)2.3.1四面体单元一阶基函数的刚度矩阵 (13)2.3.2四面体单元的一阶基函数的载荷列阵 (16)2.4体积坐标与二阶基函数 (17)2.4.1体积坐标 (17)2.4.2四面体单元的二阶基函数的基本理论 (18)2.4.3四面体二阶基函数的刚度矩阵和载荷列阵 (19)2.5高斯数值积分和有限元收敛理论 (19)2.5.1高斯数值积分在有限元中的应用 (19)2.5.2有限元解的收敛性理论 (21)2.6本章小结 (21)第三章有限元的程序设计 (22)3.1有限元程序设计概述 (22)3.1.1信息的读取和预处理 (24)3.1.2 GSS稀疏存储格式的生成 (25)3.1.3后处理 (27)3.2四面体单元的一阶基函数程序设计 (28)3.3四面体单元的二阶基函数程序设计 (29)3.4本章小结 (30)第四章三维空间问题的静力分析实例 (31)4.1本章概要 (31)4.2矩形刚体结构的静力分析 (31)4.3矩形孔洞结构的静力分析 (34)4.4 零件模型(一)静力分析 (37)4.5零件模型(二)静力分析 (41)4.6本章小结 (46)第五章全文总结与展望 (47)5.1全文总结 (47)5.2工作展望 (47)致谢 (49)参考文献 (50)第一章绪论第一章绪论1.1弹性力学的基本内容弹性力学是研究弹性体形变和载荷施加关系的一门学科,在实际的工程领域中,弹性体的形变对物体性能的影响往往很大,因模型形变导致功能失效的例子屡见不鲜,所以研究弹性体在不同情况下产生的形变就显得格外重要,本论文的研究重点就在这个方面,计算出任意模型在不同外力作用下的形变分布情况,进一步指导工程应用。
三板溪水电厂机电仓库钢结构三维有限元静力分析
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三板溪水电厂机电仓库钢结构三维有限元静力分析
高如琳;姚威
【期刊名称】《云南水力发电》
【年(卷),期】2012(028)004
【摘要】通过运用三维有限元法对新建机电仓库钢结构原设计方案进行受力性能分析,计算结果表明新建机电仓库原设计方案偏于保守.为此与设计联系提出经济适用的新设计方案,计算证明所采用的新设计方案钢结构型式及尺寸的布置是合理的,钢结构应力、变形满足规范要求,为三板溪电厂节约了投资.
【总页数】3页(P40-42)
【作者】高如琳;姚威
【作者单位】五凌电力有限公司三板溪水力发电厂,贵州锦屏556700;五凌电力有限公司三板溪水力发电厂,贵州锦屏556700
【正文语种】中文
【中图分类】TV91;TU328;TU311.2
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有限元静力分析
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分析中计算得出的基本未知量(节点自由度)是位 移,其他的一些未知量,如应变,应力,和反力可
通过节点位移导出。
二、结构分析的类型
结构分析类型 Guidelines
静力分析---用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析
包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性,应力刚化,大 变形,大应变,超弹性,接触面和蠕变。
四、非线性分析中用到的命令
非线性分析中用到的命令
Lesson Objectives
使用与任何其它类型分析的同一系列的命令来建模和进行非线 性分析。同样,无论你正在进行何种类型的分析,你可从 用户图形界面GUI选择相似的选项来建模和求解问题。
本章后面的部分”非线性实例分析(命令), 显示了使用批处 理方法用 ANSYS分析一个非线性分析时的一系列命令。另 一部分“非线性实例分析(GUI方法)”,显示了如何从 ANSYS的GUI中执行同样的例子分析。
当你确定你的收敛准则时,记住以力为基础的收敛提供了收敛 的绝对量度,而以位移为基础的收敛仅提供了表观收敛的 相对量度。因此,你应当如果需要总是使用以力为基础 (或以力矩为基础的)收敛容限。如果需要可以增加以位 移为基础(或以转动为基础的)收敛检查,但是通常不单 独使用它们。
收敛容限(续)
图 1─6 说 明 了 一 种 单 独 使用位移收敛检查导致 出错情况。在第二次迭 代后计算 出的位移很小 可能被认为是收敛的解, 尽管问题仍旧远离真正 的解。要防止这 样的错 误,应当使用力收敛和非线性静 力分析
线性静力分析和非线性静力分析
Definition
静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非 线性静力分析包括所有的非线性类型:大变形,塑 性,蠕变,应力刚化,接触(间隙)单元,超弹性 单元等。本节主要讨论线性静力分析,非线性静力 分析在下一节中介绍.
三板溪大吨位预应力中墩三维有限元分析
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三板溪大吨位预应力中墩三维有限元分析
徐远杰;唐碧华
【期刊名称】《武汉大学学报:工学版》
【年(卷),期】2004(37)4
【摘要】采用三维有限元方法,对三板溪水电站溢洪道控制段大吨位预应力中墩进行了整体空间应力与变形分析,得到了典型工况下结构整体位移、变形和结构重要部位的应力分布规律.根据有限元计算成果,评价了大吨位混凝土结构的预应力效果,探讨了减少预应力水平次锚索排数和简化张拉施工过程的可行性,并结合设计与布置要求完成了优化方案的对比计算分析.全部有限元计算结果为三板溪工程溢洪道控制段预应力体系设计与优化提供了依据.
【总页数】6页(P1-6)
【关键词】水电站;预应力;闸墩;有限元法;应力分析
【作者】徐远杰;唐碧华
【作者单位】武汉大学土木建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV311
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基于三维有限元法的既有沉降下水电站厂房结构安全性评估研究
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基于三维有限元法的既有沉降下水电站厂房结构安全性评估研
究
沈思程;苏静波;邵兵;汪振;王辉义;周杰
【期刊名称】《大坝与安全》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】水电站长期运行过程中,周围工作环境改变引起的地基不均匀沉降对水电站结构的安全造成了很大影响。
以某水电站工程为例,利用Midas/GTS NX软件建立三维有限元模型。
首先,结合实际监测数据,采用强制位移法对厂房由于地层塌陷引起的不均匀沉降进行模拟。
其次,在该既有沉降的情况下,模拟不同工况水电站厂房结构的应力变化情况,并对危险构件进行安全评估。
最后,以不均匀沉降作为预警指标,提出安全监测控制方法。
研究结果表明:通过强制位移法修正的三维有限元模型可以满足水电站在不均匀沉降下的安全性评估需求,可为水电站结构安全性分析与监测提供参考。
【总页数】8页(P36-43)
【作者】沈思程;苏静波;邵兵;汪振;王辉义;周杰
【作者单位】河海大学港口海岸与近海工程学院;中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司;国家能源局大坝安全监察中心
【正文语种】中文
【中图分类】TV698.1
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钢筒仓散料静态压力的三维有限元模拟
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钢筒仓散料静态压力的三维有限元模拟杨鸿;杨代恒;赵阳【期刊名称】《浙江大学学报(工学版)》【年(卷),期】2011(045)008【摘要】为考察所储存散料对钢简仓仓壁的静态压力,建立考虑散料与仓壁相互作用的钢筒仓静态散料压力三维有限元分析模型.散料假定为各向同性,塑性阶段采用Drucker-Prager塑性模型,散料与仓壁之间的接触效应采用刚柔接触模型和面面接触方法进行模拟.利用所建立的有限元模型对平底钢筒仓(浅仓和深仓)及锥底钢筒仓的散料压力进行数值模拟,并将数值结果与欧洲钢筒仓规范、我国粮食钢板简仓设计规范进行对比分析.文中还对平底钢筒仓散料的泊松比、内摩擦角、膨胀角和摩擦系数进行参数分析,结果表明泊松比和内摩擦角的影响较大.【总页数】7页(P1423-1429)【作者】杨鸿;杨代恒;赵阳【作者单位】浙江大学空间结构研究中心,浙江省空间结构重点实验室,浙江杭州310058;浙江大学空间结构研究中心,浙江省空间结构重点实验室,浙江杭州310058;浙江大学空间结构研究中心,浙江省空间结构重点实验室,浙江杭州310058【正文语种】中文【中图分类】TU33【相关文献】1.三维浅交弯联机织复合材料准静态冲击性能有限元模拟 [J], 冯古雨;曹海建;王新月;钱坤;孙洁2.基于三维有限元模拟高钢级管线钢断裂过程中的裂纹尖端张开角 [J], 陈福来3.三维纺织复合材料准静态拉伸实验的有限元模拟 [J], 马雷雷;田伟;冯兆行;祝成炎4.筒仓静态储粮的边界压力及仓壁摩擦力试验研究 [J], 韩阳;李东桥;陈家豪;静行;段君峰5.平底筒仓粮堆静态压力的PFC模拟研究 [J], 杨真真; 陈家豪; 李东桥; 林帅博; 陈少鹏因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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(ab ni yr o e Pat f LN o e o , t. J pn 5 70 G i o ,C ia Sn ax H do w r l I G Pw r . Ld , i i 5 60 , uz u hn ) p n o WU C n g h
Ab ta t h a e k st e s e sp r r n ea ay i o eo iia e ino e n w y b i c a i a a d ee — sr c :T e p p rma e t s f ma c n l s f r n l s f e l u l me h nc l h r e o s t h g d g h t t l n c t c l te lh u e u ig te tr e dme s n l nt lme t to h e c c lt n rs t s o a e oii a r a e l  ̄ o s s e — i n i a f i ee n h d.T a uai e u s h w t tt r n l i s wa n h h o i e me l o l h h g d sg f e n w y b i c a i n l t c s e ae o s n te c n e v t es e o i r a o ,t ed s . e i o e l ul me h c a d ee r t l rh u e i o o s r a v i .F r se s n h e i n h t t n a l c i e w s h i d h t n g
b n i y r p w rp a t a x d o o e l . h n
Ke r s:S n a x ;me h n c d ee tia r h u e;se lsr cu e;3一D n t lme t tt ay ii y wo d abn i c a ia a l rc wae o s ln c l te t tr u i e f i ee n ;sa i a l ss cn
c c ain h s p o o a e c n g r t n o e s l t cu n ssz r n e n f e mo i e ei r a l l o a u t a rv t tt o f ai f t r tr a d i iea r g me to d f d d s a er — d h h i n o h t e su e t a h t i n g
划立 面 图见 图 1 。
一
电仓库的结构尺寸进行三维有限元强度校核 , 对于 H型钢 材 的厚 度 远 小 于长 、 、 宽 高方 向 的尺 度 , 有 在 限元分析中符合采用薄板 、 薄壳单元的假定 , 若采用 板、 壳元 可大 大减 少计算 的规模 。但板 、 壳单 元难 以 描述 钢结 构 中的 局 部加 强 部 位 的应力 分 布 , 这 些 而
局部 加强 部位 的作 用 是 十 分 重 要 的 , 以采 用 三 维 所
圈 1 . d l 26 一 0
1.) 1 ( 00
85 0 .0
70 B G 50 L
檩条
70 50
梁 8: 兰
15 \I 1 30 .0 ,
I ●
1
— ” 1 -01 m 』 0 3 0
to a ,a d b t te sa d d fr to ft e se lsrcu e me tt e s cfc to s h u a ig te iv s n n S — in l n o sr s eomain o te tu tr e h p i ain ,t ss vn n e t h n h e i h me ti a n
过 梁.
j . —0 88 5 0
§ Q 2Q
、8 、
结构实际情况 , 取三榀钢构架做研究对象 , 整体有限 元网格剖分模型见 图 2 其 中沿机电仓 库纵轴方向 ,
为 x轴正 向 , 横轴 方 向为 Y轴 正 向 , 直 向上 方 向 竖
为 Z轴 正 向 , 材料 参数见 表 1 。
D h1 .99 in 10 O 036 0.s .06—35 .020 .1 s 912 l .402
Th r e— Di e so a n t e e t S a i a y i f t e e Th e m n i n lFi ie El m n t tc An l ss o h
表 1 材 料 参数 表
圈梁 J
40 .0 8
/
混凝 土雨 篷 /
圈J 莩 梁
● 一 _0 3o 3
望
I Leabharlann  ̄0 . 3 0!0 . 0 J 1
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士 O0 【 .0
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M e h n c la d El c r c lW a e o s t e t uc u e o c a ia n e tia r h u e S e lS r t r f S n a x y r p we l n a b n iH d o o r P a t
G u—l ,YAO W e AO R i n i
O 引 言
近年来 , 随着我 国经济 的长足发展和钢产量的 大幅提高, 钢结构在我国的应用逐渐广泛, 而钢结构 本 身所具有 的许 多优 越 特 点 正逐 渐 被 重 视 , 也 是 这 钢 结构 工程 日益增 多 的原 因之一 。钢材 的特 点是 强
度 高 、 量轻 、 质 刚度大 , 材料 匀质性 和各 向同性 好 , 属 理 想 弹性 体 , 符合 一 般 工 程 力学 的基 本 假 定 。钢 最 材 料 塑性 、 性好 , 韧 可有 较 大 变 形 , 很 好地 承 受 动 能
50 00
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‘ ,- 】 一 _ ~ ~
图 1 新 建 机 电仓 库 立 面 图
YS
2 201 3 1 0 2 03 9:6: N 0 1
22 计 算 荷载 . 该工 程 地震 设 防烈度 为 Ⅵ度 , 震设 防类 别 为 抗 丙类 , 根据 《 筑抗震 设计 规 范》 ]可不 进 行地 震作 建 , 用计算 。故 不考 虑 地 震 荷 载 的作 用 , 据 设 计 提供 根 的拟 建新机 电仓库 的主 要荷载 值如 下 :
20×1 1 5 0 0的 Q 4 X 35一B钢 材 。取 优 化设 计 方 案 机
仓库采 用 的起 重设 备 为 电动 单 梁 悬 挂式 起 重 机 , 额 定起 重质 量为 1 , 大 起 升 高 度 为 为 9i, 大起 0t最 最 n 升速 度 为 7m mn大 车行走 速度 为 2 / i。其 规 / i, 0m mn
区域 , 化生 态 园资 源 配置 , 据 现 场实 际情 况 , 优 根 对 生 态 园进 行整 体规 划 。新 建机 电仓库 布置 在现 生态
力荷载 , 且建筑工期短 , 其工业化程度高, 可进行机 械化程度高的专业化生产。同时具有加工精度高、
效 率 高 、 闭性好 的特 点 , 得 钢结构 广泛应 用 于重 密 使 型 车 间的承 重骨 架 、 动力荷 载作 用 的厂房 结构 、 受 板 壳结 构 、 高耸 电视 塔和 桅杆结 构 、 桥梁 和仓库 等大 跨
,
于保守 。为此与设计联系提出经济适用 的新设计方案 , 计算证明所采用 的新设计方案钢结构型式 及尺寸的布置是合理 的 钢结构 应力、 变形满足规范要求 , 为三板溪 电厂节约 了投资 。 关键词 : 三板溪 ; 机电仓库 ; 钢结构 ; 三维有 限元 ; 静力分析
中图分 类号:T 9 ;U 2 ;U 1. V 1T 38 T 3 12 文献标识码 :A 文章编号 :06—35 (o2o — 00—0 10 912 l )4 0 4 3
度结构 、 层和 超 高 层建 筑 等 。通 过 三维 有 限元 法 高 对机 电仓库 钢梁 结 构进 行 静 力 分析 , 按照 实 际 工 程 的结构 型式 和尺 寸 , 用 A D 利 P L建 立 其 参 数 化 钢 梁
三维有 限元 模型 , 考 虑 恒荷 载 、 在 活荷 载 、 荷 载 等 风
布置 , 寸 为 7 ×1 长 x宽 ) 建 筑 面 积 为 尺 2m 5m( , 1127 2 7 .0m 。新 建 仓 库 共 设 1层 , 筑 总 高 度 为 建 1.0m, 筑结 构形 式 采 用 框架 及 钢 结 构 形 式 , 35 建 设
计使 用 年 限 为 5 , 0a 抗震 设 防烈 度 为 Ⅵ度 。该 机 电
e s q etd t p i ie te o gn e i n o p p s e e o o c d a p e it e i tr aie.Th rwa r u se o o t z r ia d sg a d t r o e a n w n mia a p rc ae d sg a en tv e m h i l n o c l n n l e
用独 立 柱基础 , 础混凝 土 尺 寸 为 22I 基 . n×16r x . l f 20m 长 X宽 ×高 )为 C 5钢筋混 凝 土材料 。原 设 . ( , 2 计方 案 钢 柱 采 用 型 号 为 H 0 60×20×1 1 5 0× 0的
Q 4 一B钢 材 , 化 方 案 钢 柱 采 用 型 号 为 H 5 35 优 4 0×
收稿 日 21— 2 0 傩者简介 02 0 — 5 期:
: 高如琳 (92 )男 , 1 一 , 贵州毕节人 , 8 工程师 , 主要从事水 电厂建筑物技术管理工作。
高如琳 , 姚威
三板溪水 电厂机 电仓库钢结构三维有限元静力分析