ansys分析混凝土的若干问题
基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析共3篇
基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析共3篇基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析1混凝土结构是我们生活和工作环境中不可或缺的部分。
为了保证结构的安全性和耐久性，需要进行大量的试验和分析。
钢筋混凝土结构试验有限元分析是其中一种方法，本文将介绍如何基于ANSYS进行试验有限元分析。
1、前期准备工作进行钢筋混凝土结构试验有限元分析前，需要进行一些前期准备工作。
首先要确定模型的尺寸和几何形状，包括梁的长度、宽度和高度，钢筋的数量和材料等信息。
其次是建立材料模型。
钢筋和混凝土的本构关系可以参考各种规范和文献，例如ACI318和EHE等。
最后是进行荷载和边界条件的设置。
这些参数可以根据试验的要求进行设定。
2、建立有限元模型通过ANSYS软件建立钢筋混凝土结构的有限元模型。
其中，混凝土部分采用可压缩性线性弹性模型；钢筋采用弹塑性模型，可以考虑材料的塑性性质。
首先，选择适当的元素类型，包括梁单元和实体单元。
对于梁单元，要选择适当的截面类型和断面参数。
对于实体单元，要确定网格的大小和形状。
然后，按照模型的几何形状和材料参数设置单元类型和属性。
最后，进行单元的划分和网格生成，调整边界条件，使其与试验条件保持一致。
3、分析和结果在模型准备就绪之后，进行分析和结果的处理。
首先，定义荷载和边界条件，可以模拟多种加载模式，例如单点荷载、均布荷载、自重等。
然后，进行静态分析或动态分析。
静态分析可以计算结构的变形、应力和应变等参数；动态分析可以模拟结构在地震、风等自然灾害下的响应。
最后，进行结果的处理和分析。
包括可视化、动画演示、应力云图、位移云图等，能够对计算结果进行全方位的检查和分析。
综上所述，基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析是一种非常有用的手段，可以帮助工程师更准确地评估结构的安全性和耐久性。
它具有良好的可靠性和可操作性，可在较短的时间内快速建立模型和分析结果。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析2钢筋混凝土结构是目前建筑工程最常用的一种结构形式，其优点在于承载能力强、耐久性好、施工方便等。
ANSYS钢筋混凝土板受力分析
ansys分析混凝土的若干问题
1. 讨论两种Ansys求极限荷载的方法（1）力加载可以通过对应的方法（比如说特征值屈曲）估计结构的极限荷载的大致范围，然后给结构施加一个稍大的荷载，打开自动荷载步二分法进行非线性静力分析，最后计算会因不收敛终止，则倒数第二个子步对应的就是结构的极限荷载；另外，也可以选择弧长法，采用足够的子步（弧长法可以一直分析到极限承载力之后的过程）同样可以从绘制的荷载位移曲线或计算结果中找出结构的极限荷载。
（2）位移加载给结构施加一个比较大的位移，打开自动荷载步二分法进行非线性分析，保证足够的子步数，这样也可以分析到极限荷载以后，通过绘制荷载位移曲线或查看相应结果文件也可知道结构的极限荷载。
希望众高手讨论一下（1）弧长法求极限荷载的收敛性问题，如何画到荷载位移曲线的下降段？（2）位移法求极限荷载的具体步骤？2. 需要注意的问题1. 由于SOLID 65单元本身是基于弥散裂缝模型和最大拉应力开裂判据，因此在很多情况下会因为应力集中而使混凝土提前破坏，从而和试验结果不相吻合，因此，在实际应用过程中应该对单元分划进行有效控制，根据作者经验，当最小单元尺寸大于5cm 时，就可以有效避免应力集中带来的问题；2. 支座是另一个需要注意的问题。
在有限元分析中，很多时候约束是直接加在混凝土节点上，这样很可能在支座位置产生很大的应力集中，从而使支座附近的混凝土突然破坏，造成求解失败。
因此，在实际应用过程中，应该适当加大支座附近单元的尺寸或者在支座上加一些弹性垫块，避免支座的应力集中；3. 六面体的SOLID 65 单元一般比四面体的单元计算要稳定且收敛性好，因此，只要条件允许，应该尽量使用六面体单元；4. 正确选择收敛标准，一般位移控制加载最好用位移的无穷范数控制收敛，而用力控制加载时可以用残余力的二范数控制收敛。
在裂缝刚刚出现和接近破坏的阶段，可以适当放松收敛标准，保证计算的连续性；3. 关于下降段的问题1）在实际混凝土中都有下降段，但是在计算的时候要特别小心下降段的问题。
混凝土的ANSYS分析
【原创】钢筋混凝土分离式建模方法（含ANSYS命令流）钢筋混凝土, 分离式, 建模, ANSYS, 命令钢筋混凝土, 分离式, 建模, ANSYS,命令一、简介钢筋混凝土有限元建模的方法与结果评价（前后处理），是对钢筋混凝土结构进行数值模拟的重要步骤，能否把握模型的可行性、合理性，如何从计算结果中寻找规律，是有限元理论应用于实际工程的关键一环。
Blackeage以自己做过的一组钢筋混凝土暗支撑剪力墙的数值模拟为例，从若干方面提出一些经验与建议。
希望大家一起讨论、批评指正(wang.jian@)。
程序：ANSYS 单元：SOLID65、BEAM188 建模方式：分离暗支撑剪力墙结构由北京工业大学曹万林所提出，简言之就是一种在普通钢筋配筋情况下，加配斜向钢筋的剪力墙结构。
二、单元选择以前经常采用的钢筋混凝土建模方法是通过SOLID65模拟混凝土，通过SOLID65的实常数指定钢筋配筋率，后来发现这种整体式的模型并不理想，而且将钢筋周围的SOLID65单元选择出来，再换算一个等效的配筋率，工作量也并不小。
最关键的是采用整体式模型之后，得不出什么有意义的结论，弄一个荷载-位移曲线出来又和实验值差距比较大。
只有计算的开裂荷载与实验还算是比较接近，但这个手算也算得出来的东西费劲去装模作样的建个模型又有什么意义？所以，这次我尝试采用分离式的模型，钢筋与混凝土单元分别建模，采用节点共享的方式。
建模时发现，只要充分、灵活地运用APDL的技巧，处理好钢筋与混凝土单元节点的位置，效率还是很高的。
[center]暗支撑剪力墙数值模型[/center]看过很多的资料，分离式模型是用LINK8与SOLID65的组合方式，这样做到是非常直观，因为LINK8是spar类型的单元，每个节点有3个自由度，这与SOLID65单元单节点自由度数量是一致的。
但是问题也就由此产生，当周围的混凝土开裂或是压碎时，SOLID65将不能对LINK8的节点提供足够地约束（如下图箭头方向），从而导致总刚矩阵小主元地出现影响计算精度，或者干脆形成瞬变体系导致计算提前发散。
ANSYS分析钢筋混凝土结构技巧及实例详解
0 前言利用ANSYS分析钢筋混凝土结构时，其有限元模型主要有分离式和整体式两种模型。
这里结合钢筋混凝土材料的工作特性，从模型建立到非线性计算再到结果分析的全过程讲述了利用ANSYS进行钢筋混凝土结构分析的方法与技巧，并以钢筋混凝土简支梁为例，采用分离式有限元模型，说明其具体应用。
1 单元选取与材料性质1. 1 混凝土单元ANSYS中提供了上百种计算单元类型,其中Solid65单元是专门用于模拟混凝土材料的三维实体单元。
该单元是八节点六面体单元,每个节点具有三个方向的自由度( UX , UY , UZ) 。
在普通八节点线弹性单元Solid45 的基础上,该单元增加了针对于混凝土的材性参数和组合式钢筋模型,可以综合考虑包括塑性和徐变引起的材料非线性、大位移引起的几何非线性、混凝土开裂和压碎引起的非线性等多种混凝土的材料特性。
使用Solid65 单元时,一般需要为其提供如下数据:1)、实常数(Real Constants) :定义弥散在混凝土中的最多三种钢筋的材料属性,配筋率和配筋角度。
对于墙板等配筋较密集且均匀的构件,一般使用这种整体式钢筋混凝土模型。
如果采用分离式配筋,那么此处则不需要填写钢筋实常数。
2)、材料模型(Material Model) :在输入钢筋和混凝土的非线性材料属性之前,首先必须定义钢筋和混凝土材料在线弹性阶段分析所需的基本材料信息,如:弹性模量,泊松比和密度。
3)、数据表(Data Table) :利用数据表进一步定义钢筋和混凝土的本构关系。
对于钢筋材料,一般只需要给定一个应力应变关系的数据表就可以了,譬如双折线等强硬化(bilinear isotropic hardening)或随动硬化模型( kinematic hardening plasticity)等。
而对于混凝土模型,除需要定义混凝土的本构关系外,还需要定义混凝土材料的破坏准则。
在ANSYS中,常用于定义混凝土本构关系的模型有:1)多线性等效强化模型(Multilinear isotropic hardening plas2ticity ,MISO模型)，MISO模型可包括20条不同温度曲线，每条曲线可以有最多100个不同的应力-应变点;2)多线性随动强化模型(Multilinear kinematic hardening plas2ticity ,MKIN 模型)，MKIN 模型最多允许5个应力-应变数据点;3)Drucker2Prager plasticity(DP)模型。
ANSYS中混凝土的计算问题(分离式)解析
一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。
考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。
裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。
离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。
随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言，可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。
而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。
二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。
混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。
就ANSYS而言，其问题比较复杂些。
1 ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yield criterion)。
W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之前）。
理论上破坏准则(failure criterion)和屈服准则(yield criterion)是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，但没有破坏。
而工程上又常将二者等同，其原因是工程结构不容许有很大的塑性变形，且混凝土等材料的屈服点不够明确，但破坏点非常明确。
ANSYS混凝土问题分析
ANSYS混凝土问题分析1．关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式分为三种：分离式、整体式和组合式模型◆分离式模型：把混凝土和钢筋作为不同的单元来处理，即混凝土和钢筋各自被划分为足够小的单元，两者的刚度矩阵是是分开来求解的，考虑到钢筋是一种细长的材料，通常可以忽略起横向抗剪强度，因此可以将钢筋作为线单元处理。
钢筋和混凝土之间可以插入粘结单元来模拟钢筋与混凝土之间的粘结和滑移。
一般钢筋混凝土是存在裂缝的，而开裂必然导致钢筋和混凝土变形的不协调，也就是说要发生粘结的失效与滑移，所以此种模型的应用最为广泛。
◆整体式模型：将钢筋分布与整个单元中，假定混凝土和钢筋粘结很好，并把单元视为连续均匀材料，与分离式模型不同的是，它求出的是综合了混凝土与钢筋单元的整体刚度矩阵；与组合式不同之点在于它不是先分别求出混凝土与钢筋对单元刚度的贡献然后再组合，而是一次求得综合的刚度矩阵。
◆组合式模型组合式模型分为两种：一种是分层组合式，在横截面上分成许多混凝土层和若干钢筋层，并对截面的应变作出某些假设，这种组合方式在钢筋混凝土板、壳结构中应用较广；另一种组合方法是采用带钢筋膜的等参单元。
当不考虑混凝土和钢筋二者之间的滑移，三种模型都可以。
分离式和整体式模型使用于二维和三维结构分析。
就ANSYS而言，可以考虑分离式模型：混凝土(SOLID65)+钢筋(LINK单元或PIPE单元)，认为混凝土和钢筋粘结很好。
如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，如果比较困难也可以采用整体式模型(带筋的SOLID65)。
2．本构关系及破坏准则◆本构关系混凝土本构关系的模型对钢筋混凝土结构的非线性分析有重大影响。
混凝土的本构就是表示在各种外荷载作用下的混凝土应力应变的响应关系。
在建立混凝土本构关系时一般都是基于现有的连续介质力学的本构理论，在结合混凝土的力学特性，确定甚至调整本构关系中各种所需的材料参数。
通常，混凝土的本构关系可以分为线性弹性、非线性弹性、弹塑性及其他力学理论等四类。
混凝土结构的裂缝及其ANSYS分析
混凝土结构的裂缝及其ANSYS分析混凝土结构是建筑工程中常见的结构形式，由于其性能优异，在各种建筑中被广泛使用。
然而，由于混凝土结构的特性，如收缩、膨胀、温度变化、荷载变形等，可能会导致结构出现裂缝。
本文将探讨混凝土结构的裂缝产生原因、裂缝的分类以及使用ANSYS软件进行裂缝分析的方法。
混凝土结构的裂缝产生原因可以从内力和外力两个方面考虑。
内力是由于结构收缩、膨胀和变形引起的，外力则包括温度变化、荷载作用、水膨胀、地震等因素。
裂缝的形成是由于混凝土内部受到拉应力的作用，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会形成裂缝。
根据混凝土结构裂缝的性质和产生原因，常见的裂缝可以分为以下几类：1.收缩裂缝：由于混凝土在干燥过程中会发生收缩，造成内部产生拉应力，从而形成的裂缝。
2.膨胀裂缝：由于温度的变化以及聚合材料的膨胀引起的裂缝，也是常见的一种裂缝类别。
3.荷载裂缝：由于承载结构受到外部荷载作用产生的拉应力引起的裂缝。
4.施工裂缝：由于混凝土的收缩和膨胀，以及施工技术不良等因素引起的裂缝。
5.水膨胀裂缝：由于混凝土受到水的侵蚀，引起水膨胀引起的裂缝。
为了对混凝土结构的裂缝进行分析，可以使用ANSYS软件。
ANSYS是一种通用有限元分析软件，可以用于模拟和分析各种复杂的结构问题。
以下是使用ANSYS进行混凝土结构裂缝分析的方法：1.准备模型：首先需要准备一个混凝土结构的三维模型。
可以使用CAD软件绘制模型，然后导入到ANSYS中。
在绘制模型时，需要注意表达混凝土的材料性质、尺寸和边界条件等。
2.定义材料性质：在ANSYS中定义混凝土的材料性质，包括弹性模量、抗拉强度、抗压强度、收缩系数等参数。
这些参数可以根据实际材料的性质进行设定。
3.应用载荷：在模型中应用实际的载荷和边界条件。
载荷可以包括静载荷、动态荷载以及温度载荷等。
需要注意的是，载荷应符合实际工程情况。
4.网格划分：将模型进行网格划分，将结构划分成小的单元。
基于ANSYS的钢筋混凝土梁非线性分析若干问题研究
２０ １ １ ４月 年
水利 与建 筑工程 学报
０ ｆⅥ ｔｒＲｅｏ ｒｅ ｎ ｃ ｅ ｔｒ ］ ｅ ｓ ｕ ｃ ｓａ ｄ Ａｒ￣ｔｃｕ ａ
Ｖ０ ． ｏ ２ １９ Ｎ ． ｐ ．， ｒ ２０１１
基 于 Ａ Ｓ Ｓ的 钢 筋 混 凝 土 梁 非 线 性 ＮＹ 分 析 若 干 问题 研 究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｏ ｌＳｅ ｅ ａ ｏ ｌ ｍｓ ａ ｏ ｔＮｏ ｌｎ ａ ｓ ａ ｃ ｉ ｖ ｒ ｌＰｒ ｂ ｅ ｂ ｕ ｎ ｉ ｅ ｒ Ａｎａ ｙ ｉ ｆ ｌ ｓｓ ｏ ＲＣ ａ ｓ Ｂａ ｅ ｎ ＡＮＳ Ｂｅ ｍ ｓ ｄ ｏ ＹＳ
ＧＡ０ ，Ｚ Ｌｉ ＥＮＧ ａ ． ｕ ２ Ｗ ＡＮＧ ｎ ２ Ｘｉｏ ｙ ｎ Ｙｏ ｇ
单元选择 、 材料本构关系 、 加速 收敛等若干 问题 ， Ａ Ｓ Ｓ对一钢 筋混凝土简 支梁进 行非线 性分析 ， 用 ＮＹ 研 究梁荷载与跨中挠度关系 、 刚度变化及裂缝 发展形态 ， 为类似的模 拟分析提供可靠 的理论依据 。
关 键 词 ：Ａ Ｓ Ｓ 钢 筋 混 凝 土 梁 ； 线 性 ；有 限元 ＮＹ； 非 中 图分 类 号 ： Ｕ ７ ． Ｔ ３５ １ 文 献 标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１７— １４ （０ １ｏ—０ ９—０ ６２ １４ ２ １）２ ０２ ３
０ 前
言
１ 非线性分析时应注 意的若干问题
１ １ 关 于模 型 ．
钢筋混 凝土 是土木 行业 中应用 最广泛 的工程 材 料， 其性 质 复 杂 ， 料 非 线 性 和几 何 非 线 性 同 时存 材
钢筋混 凝土 有限元 模 型根据 钢筋 的处理方 式主
在 。用传 统方法 分 析 往往 难 度 较 大 ， 有 限元 方 法 而 在钢筋 混凝 土非线性 分析 中显示 出越来 越 大的实用
基于ANSYS的钢筋混凝土结构非线性有限元分析
2、应力-应变曲线：描述了混凝土和钢筋的在往复荷载作用下的变形和能量吸收能力，显示 了结构的塑性变形和损伤演化过程。
参考内容
引言
钢筋混凝土结构在建筑工程中具有重要地位，其非线性行为对结构性能影响 显著。因此，进行钢筋混凝土结构的非线性有限元分析对于预测结构响应、优化 结构设计具有实际意义。本次演示将根据输入的关键词和内容，建立钢筋混凝土 结构非线性有限元分析模型，并详细描述分析过程、结果及结论。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构 非线性有限元分析
基本内容
引言：
钢筋混凝土结构是一种广泛应用于建筑工程的重要材料，其非线性力学行为 对结构设计的安全性和稳定性具有重要影响。为了精确模拟钢筋混凝土结构的真 实行为，需要借助先进的数值计算方法，如非线性有限元分析。ANSYS作为一种 广泛使用的有限元分析软件，为钢筋混凝土结构的非线性分析提供了强大的支持。
对于钢筋混凝土，其非线性行为主要来自两个方面：混凝土的本构关系和钢 筋与混凝土之间的相互作用。在非线性有限元分析中，需要建立合适的模型来描 述这些行为。例如，可以采用各向异性本构模型来描述钢筋混凝土的力学行为， 该模型可以捕捉到材料在不同主应力方向上的不同响应。
二、ANSYS中混凝土本构关系研 究
在进行荷载试验时，通过施加不同大小和方向的荷载，检测结构的变形和破 坏过程。采用静力荷载试验和动力荷载试验两种方式，分别模拟实际结构在不同 荷载条件下的响应。在试验过程中，记录各阶段的位移、应变和荷载数据。
在进行有限元分析时，采用ANSYS软件对试验数据进行模拟分析。首先进行 模态分解，了解结构的基本振动特性。随后进行屈曲分析，预测结构的失稳趋势。 通过调整模型参数和网格划分，对比分析不同方案下的有限元计算结果，为结构 的优化设计提供依据。
ANSYS混凝土计算问题
ANSYS混凝土计算问题引言ANSYS作为一款强大的有限元分析软件，在混凝土结构设计中扮演着重要的角色。
但在使用过程中，我们会遇到一些问题，本文主要分析在ANSYS中进行混凝土计算时可能出现的问题以及相应的解决方法。
问题一：材料属性的选择在进行混凝土计算时，材料的选择是非常重要的，而在ANSYS中，材料属性的选择却非常的繁琐。
首先需要在ANSYS中创建新的材料属性，并指定相应的弹性模量、泊松比以及混凝土的强度参数等。
在这个过程中，我们需要确保选择的材料属性符合我们所使用的混凝土标准，否则计算结果可能会存在误差。
解决方法：建议在材料属性的选择上，我们应该非常谨慎，并注意选择我们所使用的混凝土标准对应的材料属性。
同时，在进行计算时添加合适的材料力学模型和屈服准则，以获得更为准确的计算结果。
问题二：边界条件的设定在进行混凝土计算时，经常需要设置不同的边界条件以模拟实际的工程情况。
然而，在ANSYS中，边界条件的设定较为繁琐，需要用户自己手动输入边界条件参数。
这样很容易出现手误，导致计算结果的误差增大。
解决方法：可以采用ANSYS提供的图形化界面进行边界条件的设定，避免手动输入参数导致的误差。
同时，我们应该明确每个边界条件的物理意义，并根据实际情况进行合理的选择和设置。
问题三：网格剖分的影响在ANSYS中，网格剖分对于计算结果的精度有着直接的影响。
对于混凝土的计算而言，网格剖分的密度直接决定了计算结果的准确性和精度。
解决方法：建议在进行混凝土计算时，应根据所需精度和计算要求，对模型进行合理的网格剖分。
在进行初始计算前，可以采用自适应网格划分方法，确保计算结果的准确性和精度。
结论本文主要介绍了在ANSYS中进行混凝土计算时可能遇到的三个主要问题，包括材料属性的选择、边界条件的设定以及网格剖分的影响。
针对这些问题，我们提出了相应的解决方法，同时也提醒读者在使用ANSYS进行混凝土计算时，需要格外的谨慎，选择合适的材料属性并进行合理的模型设置和计算分析。
ANSYS中混凝土的计算问题
发信人: rubors (宝马), 信区: FEA标题: 混凝土单元的应用（solid65）[转载]发信站: 同舟共济站(2002年09月08日17:16:34 星期天), 站内信件ANSYS中混凝土的计算问题【精华】最近做了点计算分析，结合各论坛关于这方面的讨论，就一些问题探讨如下，不当之处,敬请指正。
一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。
考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。
裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。
离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。
随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言，她可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。
而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。
二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。
混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。
就ANSYS而言，其问题比较复杂些。
1.ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yield criterion)。
基于ANSYS的混凝土受力分析模拟研究
基于ANSYS的混凝土受力分析模拟研究一、研究背景混凝土作为建筑材料中的重要组成部分，其受力分析模拟研究对于保证建筑结构的稳定性和安全性具有重要意义。
ANSYS是一款常用的有限元分析软件，可以用于对混凝土结构进行受力分析模拟研究。
二、研究目的本研究旨在利用ANSYS软件对混凝土结构进行受力分析模拟研究，探究混凝土的受力特性及其对结构安全性的影响，为混凝土结构的设计及安全评估提供理论依据。
三、研究内容1. 混凝土受力特性分析通过ANSYS软件建立混凝土结构模型，对不同荷载情况下混凝土的应力应变特性进行分析。
根据分析结果，探究混凝土的受力特性和力学性能。
2. 混凝土结构的强度分析利用ANSYS软件对混凝土结构进行强度分析，分析混凝土结构在不同荷载作用下的破坏模式和破坏机理。
根据分析结果，评估混凝土结构的强度和稳定性。
3. 混凝土结构的变形分析通过ANSYS软件对混凝土结构进行变形分析，研究混凝土结构在荷载作用下的变形规律和变形程度。
根据分析结果，评估混凝土结构的变形性能和变形对结构安全性的影响。
4. 混凝土结构的疲劳分析通过ANSYS软件对混凝土结构进行疲劳分析，探究混凝土结构在长期荷载作用下的疲劳性能和疲劳寿命。
根据分析结果，评估混凝土结构的疲劳强度和耐久性。
四、研究方法1. 建立混凝土结构模型利用ANSYS软件建立混凝土结构模型。
根据实际情况，选择适当的材料参数、截面形状和节点数量等，建立混凝土结构有限元模型。
2. 施加荷载根据研究目的，选择适当的荷载方案，施加荷载到混凝土结构上，模拟不同荷载情况下混凝土结构的受力状态。
3. 分析结果处理根据ANSYS软件分析结果，对混凝土结构的应力应变、强度、变形和疲劳等特性进行分析，得出相应的结论和结构设计建议。
五、研究结果1. 混凝土受力特性分析结果通过ANSYS软件对混凝土结构进行受力分析模拟，得出混凝土的应力应变特性曲线。
分析结果表明，混凝土的应力应变特性呈现出良好的非线性特性，具有较好的抗压和抗拉性能。
ANSYS中混凝土的计算问题
ANSYS中混凝土的计算问题【精华】最近做了点计算分析，结合各论坛关于这方面的讨论，就一些问题探讨如下，不当之处敬请指正。
一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。
考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。
裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。
离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。
随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言，她可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。
而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。
二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。
混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。
就ANSYS而言，其问题比较复杂些。
1 ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yield criterion)。
W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之前）。
理论上破坏准则(failure criterion)和屈服准则(yield criterion)是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，但没有破坏。
基于ANSYS的钢筋混凝土力学分析
基于ANSYS 的钢筋混凝土力学分析1 引言由于钢筋混凝上材料性质复杂，使其表现出明显的非线性行为。
长期以来采用线弹性理论的设计方法来研究钢筋混凝上结构的应力或内力，显然不太合理，尽管有此理论是基于人量试验数据上的经验公式，还是不能准确反映混凝上的力学性能，特别是受力复杂的重要结构，必须采用三维钢筋混凝上非线性有限元方法才能很好地掌握其力学性能。
利用ANSYS 对钢筋混凝上结构弹塑性的仿真分析，可以对结构自开始受荷载直到破坏的全过程进行分析，获得不同阶段的受力性能。
2 模型的建立2.1 单元类型的选取2.1.1 混凝土单元混凝上选用SOLID65 单元。
SOLID65 单元在普通8节点三维等参元SOLID45 单元的基础上增加了针对混凝上材料参数和整体式钢筋模型，常被用来模拟钢筋混凝上和岩石等抗拉能力远大于抗拉能力的非均匀材料，可以模拟混凝土材料的开裂和压碎力学行为。
2.1.2 钢筋单元可采用杆元来模拟纵筋，一般利用空间单元LINK8 单元或空间管单元PIPE20 建立钢筋模型，与混凝上SOLID65 单元共用节点。
用COMBINE39 来模拟钢筋和混凝上之间的粘结。
2.2 材料本构关系模型2.2.1 混凝土本构模型弹塑性本构关系把服而和破坏而分开来处理。
根据弹塑性理论建立混凝上的本构关系时，必须对屈服，条件流动法则、硬化法则即塑性模型三要素做出基本假定。
ANSYS 弹塑性本构关系主要使用Mises 屈服准则或Drucker-Prager 屈服准则。
2.2.2 混凝土破坏准则一般强度准则的参数越多，对混凝土强度性能的描述就越准确，多参数模型大多基于强度试验的统计而进行曲线拟合。
ANSYS 中的混凝上材料特性用改进的William Wamke 五参数破坏破坏准则和拉应力的组合模式，其破坏而子午线和偏平而见相关文献。
2.2.3 钢筋本构模型一般采用双线形理想弹塑性模型，在ANSYS 中,钢筋可以选择经典双线性随动强化模型(BKIN) 和双线性等向强化模型(BISO) 。
基于ANSYS的混凝土极限荷载影响因素分析
收稿日期:2008-12-16基金项目:南昌工程学院青年基金项目(2007K J008)作者简介:梅毕祥(1979-),男,硕士.文章编号:1674-0076(2009)01-0035-06基于ANSY S 的混凝土极限荷载影响因素分析梅毕祥1,许 明1,贾益纲2,刘在今1(1.南昌工程学院土木工程系,江西南昌330099;2.南昌大学设计研究院,江西南昌330029)摘 要:利用ANSY S 模拟混凝土材料的受力性能时,由于混凝土的非线性,存在破坏阶段计算难以收敛且极限荷载计算值与试验值离散很大的问题.以混凝土受压试验为算例,通过单参数改变法,分析了混凝土本构关系、破坏准则、网格密度、迭代方法、收敛准则、收敛容差和加载方式等参数对模拟结果的影响,提出了解决此问题的方法,为混凝土的非线性模拟分析提供了可靠的参数设置依据.关键词:ANSY S;非线性;极限荷载;破坏准则;收敛准则;网格密度中图分类号:T U528.01;O241.82 文献标识码:AAnalysis of factors affecting ultimate load of concrete based on ANSYSMEI Bi 2xiang 1,X U 2Ming 1,J I A Y i 2gang 2,LI U Z ai 2jin 1(1.Department of Civil Engineering ,Nangchang Institute of T echnology ,Nanchang 330099,China ;2.Institute of Design and Research ,Nangchang University ,Nanchang 330029,China )Abstract :When the mechanical behavior of concrete material was simulated with ANSY S ,we found it was diffi 2cult to converge the calculation in the failure stage and the calculation values of ultimate load discreted greatly with the ones because of the nonlinear characteristics of concrete.T aking the com pression test of concrete for exam ple ,the single parameter alterable method was introduced to analyze the influence of the changeable parameters in ANSY S (such as concrete constitutive relation ,failure criteria ,mesh density ,iterative method ,convergence criteria ,convergence tolerance and loading form )on the simulated results.We proposed s ome s olutions to this problem ,which provides a reliable basis for parameter setting to simulate non -linear concrete.K ey w ords :ANSY S ;nonlinear ;ultimate load ;failure criteria ;convergence criteria ;mesh density0 前 言混凝土结构在土木工程中应用最为广泛.经济快捷的利用ANSY S [1]对混凝土结构进行数值模拟计算,对提高工程行业的设计水平,增加工程的经济效益有着重要的意义.文献[2-3]等利用ANSY S 模拟混凝土弹性阶段、开裂阶段、破坏阶段,进行理论研究和工程设计.发现前两阶段的模拟值与试验值吻合较好,破坏阶段的计算较难收敛且极限荷载离散性很大.ANSY S 中混凝土极限荷载分析,与选取的材料本构关系、破坏准则、网格密度[4]、迭代方法、收敛准则[5]、收敛容差和加载方式等参数有关,本文在试验数据基础上,通过单参数改变法,分析了参数改变对模拟结果的影响,用以解决混凝土极限荷载计算中存在的问题.1 混凝土的本构关系ANSY S 提供了一种三维实体单元S olid 65,模拟混凝土受拉时产生裂缝,受压时压碎.S olid 65可以使用第28卷第1期2009年2月南昌工程学院学报Journal of Nanchang Institute of T echnology V ol.28N o.1Feb.200963南昌工程学院学报2009年线弹性或弹塑性本构关系来描述其单轴受压受拉时的应力应变关系.若用户不指定S olid65的本构关系, ANSY S采用缺省的线弹性本构关系,即混凝土开裂和压碎前应力应变关系均为线性.若使用弹塑性本构关系,主要使用等强硬化(Multilinear Is otropic Hardening)模型,其包含相适应的米泽斯(Mises)屈服准则[6],输入的单轴应力应变关系曲线除了描述单轴受力性能,还可间接地描述混凝土在复合应力状态下的应力应变关系[1].ANSY S中的应力应变关系是拉压相等的,因为混凝土受拉段非常短,认为拉压相同影响很小.2 混凝土的破坏准则在三向受压情况下,使用的是基于试验的William2Warnke5参数破坏准则[1,6].此准则采用6段相同的椭圆弧曲线拟合应力空间中破坏曲面的偏平面包络线,需要以下几个参数来确定:张开裂缝剪切传递系数、闭合裂缝剪切传递系数、单轴抗压强度f c、单轴抗拉强度f t、双轴受压强度f cb以及在某一围压σah下的单向受压强度f2和双向受压强度f1.张开和闭合裂缝剪切传递系数一般取0.2和1.0[5].在静水应力绝对值|σah|≤3f c时,f cb,f1,f2采用缺省值;当|σah|>3f c时,f cb,f1,f2必须由用户指定,否则,混凝土强度就不正确.因此,在整理计算结果时,应检查此条件.此外,如果在ANSY S中给f c赋一个负值,则相当于受压破坏面不起作用,只考虑受拉软化效应[6].在三向受拉情况下,混凝土的破坏面为Rankine的最大拉应力破坏面.其他应力状态为以William2Wamke5参数为基础的过渡形式,保证了破坏面的连续性.3 有限元计算模型的建立3.1 试验数据依据《普通混凝土力学性能试验方法》[7]规定,选用150mm×150mm×150mm混凝土试块作为试验对象,实测立方体抗压强度f0cu=21.5N/mm2,由文献[8]得砼弹性模量E c=2.62×104N/mm2,抗拉强度f t= 1158N/mm2,砼泊松比0.2.3.2 影响因素针对上述混凝土试块,本文将从以下影响因素对单轴受压试验中混凝土的极限荷载进行分析.(1)混凝土的本构关系文中分别选取了线弹性、弹塑性本构进行模拟.由于试验只测得砼试块的抗压强度值f0cu,ANSY S弹塑性本构可取等强硬化(MIS O)Rüsch型曲线[9],即抛物线+水平线的组合,也可取H ognestad型曲线[9](含软化段).(2)混凝土破坏准则本文选择William2Warnke5参数破坏准则,其中单轴抗压强度f c可取正值或负值.因为程序中混凝土压碎判断将会降低计算速度,增大收敛难度,本文对打开和关闭混凝土压碎判断进行对比分析.(3)网格密度有限元法是一种数值计算方法,其计算分析的精度受到单元划分密度的影响.而如何界定有限元计算结果精度,目前尚无确定的理论和指标来进行度量[4].按有限元理论,当单元趋于足够小时,有限元的数值解逼近于解析解.上述做法受到计算机硬件的限制,且对于一般的混凝土结构,是没有解析解可比的,只有通过改变单元密度的试算过程寻找适合本分析类型的网格密度.本文有试验值f0cu对比,ANSY S中以最接近f0cu值的最大单元网格作为混凝土模型的计算网格.(4)迭代方法ANSY S求解混凝土非线性问题,可使用增量迭代法(即Newton2Raphs on法)或弧长法(arc2length).对于具有下降段荷载—位移反应曲线的结构模型,当加载至结构承载力最高点附近时,模型的刚度矩阵为病态矩阵,导致计算收敛的不稳定[13],增量迭代法在最高点因矩阵非正定而发散,而弧长法却具有很强的负刚度求解能力[9].本文用两种方法分别计算.(5)收敛准则、收敛容差在迭代计算过程中,收敛标准一般可取力范数或位移范数标准.当使用力范数标准时,每次迭代过程中,程序对残余力的范数与R ref×R T O L的值进行比较,来对力或位移进行收敛检查,其中残余力为所加载荷与回复力(对应单元应力的载荷)矢量差值,R ref 为残余力参考值,R T O L 为容差值(系统默认为0.1%)[1].一般用力控制加载时可以用残余力的二范数控制收敛,而位移控制加载最好用位移的无穷范数控制收敛[3].本文主要使用残余力的二范数通过不同的收敛容差,如0.1%、0.5%、1%、5%和10%控制收敛.(6)加载方式在ANSY S 中,有两种施加荷载方式:施加轴向均布荷载;施加一定的竖向位移荷载.3.3 有限元模型基于上述各种影响因素,本文通过单参数改变法,建立了若干模型,分析了参数改变对ANSY S 中混凝土极限荷载的影响大小.本文近似认为试验机加压垫板与砼试块之间无滑移,在ANSY S 中,在混凝土约束处加弹性垫板,避免支座的应力集中,把模型分析时迭代发散前的荷载水平作为混凝土的极限荷载P cu (N/mm 2).各模型的具体参数设置见表1.表1 模型参数设置情况模型编号砼本构关系破坏准则收敛准则收敛容差网格密度(仅为砼单元数)迭代方法加载方式极限荷载P cu /(N ・m m -2)备注M odel 21～45弹塑性MIS O R üsch 型曲线W illiam 2W arnke 设开裂、压碎判断残余力二范数容差:011%、015%、1%、5%、10%单元数8、27、64、125、216、343、512、729、1000N 2R 均布荷载见图1、图2极限荷载为A NSY S 中砼能承受的最大轴向压力与横截面积的比值,且以受压为正.M odel 246～90线弹性W illiam 2W arnke 设开裂、压碎判断同上同上N 2R 均布荷载见图3、图4M odel 291～150弹塑性MIS O R üsch 型曲线W illiam 2W arnke 设开裂判断、关闭压碎判断同上单元数8、27、64、125、216、343、512、729、1000、1331、1728、2197N 2R 均布荷载见图5、图6其中M odel 2118单元数为343,使用收敛容差015%M odel 2151弹塑性MIS O H ognestad 型曲线W illiam 2W arnke 设开裂判断、关闭压碎判断残余力范数容差:0.5%单元数343N 2R 均布荷载见图8区别本构关系曲线的不同影响M odel 2152弹塑性MIS O H ognestad 型曲线W illiam 2W arnke 设开裂判断、关闭压碎判断残余力范数容差:0.5%单元数343arc 2length 均布荷载见图8、图9区别迭代方法的不同M odel 2153弹塑性MIS O H ognestad 型曲线W illiam 2W arnke 设开裂判断、关闭压碎判断残余力范数容差:0.5%单元数343N 2R位移加载见图8区别加载方式的不同4 有限元计算结果说明(1)M odel 21～45均考虑混凝土开裂和压碎特性,而单元数、收敛容差分别发生变化,其计算结果见图1、图2.图1 不同收敛容差时极限荷载P cu —单元数关系图 图2 不同单元数时极限荷载P cu —收敛容差R T O L 关系图由图1可知,当单元数较小时,对于不同的收敛容差,混凝土极限荷载P cu 离散较大;当单元数为343及以上数值时,混凝土的P cu 比较接近,最大幅度值为(P cu ,max -P cu ,min )/21.5=3.3%(单元数729时),说明单73第1期梅毕祥,等:基于ANSY S 的混凝土极限荷载影响因素分析元数达到一定的数值(343)时,进一步地细化单元对计算结果影响不大.由图2可知,当单元数为27和64时,混凝土极限荷载值对收敛容差非常敏感;当单元数为343及以上数值时,不同的收敛容差对P cu 的影响很小,最大幅度值为(P cu ,max -P cu ,min )/21.5=2.4%(容差10%时).根据对各模型计算结果的分析,主要原因是:当混凝土单元稀少时,计算模型同时受到约束处应力集中现象、混凝土开裂、混凝土压碎交互影响明显,所以计算结果对收敛容差非常敏感.在45个极限荷载P cu 计算值中,仅有一个数值23.67N/mm 2大于砼f 0cu =21.5N/mm 2,其余均远小于21.5N/mm 2,说明同时打开砼开裂和压碎判断造成ANSY S 计算值偏低,主要原因是:一方面,当同时打开时,在转移因混凝土开裂而导致的不平衡力[10]至闭合的裂缝过程时,ANSY S 会造成混凝土被压碎的假象[1],即提前破坏;另一方面,因弹性垫板与混凝土接触处刚度差造成的应力集中现象也使得该处混凝土提前压碎;最后,由于试块的横向膨胀导致混凝土开裂加剧,造成模型在横竖方向的刚度相差过于悬殊,可能使刚度矩阵成为病态,导致收敛失败[14].(2)为了分析混凝土本构关系对计算结果的影响,故建立M odel 246～90,模型中砼均为线弹性,单元数、收敛容差分别发生变化,其计算结果见图3、图4.图3 不同收敛容差时极限荷载P cu —单元数关系图 图4 不同单元数时极限荷载P cu —收敛容差R T O L 关系图由图3可知,当单元数较小时,对于不同的收敛容差,混凝土极限荷载P cu 离散较大;当单元数为343个及以上数值时,混凝土的P cu 比较接近,最大幅度值为(P cu ,max -P cu ,min )/21.5=0.6%(单元数729时),说明单元数达到一定的数值(343)时,进一步地细化单元对计算结果影响不大.由图4可知,当单元数为8和27时,混凝土极限荷载值对收敛容差非常敏感;当单元数为343及以上数值时,不同的收敛容差对P cu 的影响很小,最大幅度值为(P cu ,max -P cu ,min )/21.5=0.7%.在45个极限荷载P cu 计算值中,最大数值19.26N/mm 2小于砼f 0cu =21.5N/mm 2,对比图1、图2、图3与图4,当单元数为343个及以上数值时,线弹性本构混凝土的极限荷载计算值均略小于弹塑性本构混凝土的计算值,相差幅度最大为2.8%,说明使用系统默认的线弹性本构关系并不能改善混凝土的收敛性,主要原因是:线弹性混凝土的弹性模量大于弹塑性混凝土的弹性模量,造成混凝土破坏之前的受力性能有差别,但两者对混凝土的极限荷载P cu 影响不大,因为相同的William -Warnke 5参数破坏准则,在应力空间中破坏曲面是相同的;弹塑性本构MIS O 型曲线使用米泽斯屈服准则,在受压区的应力空间中屈服面为圆柱面,砼的破坏空间曲面为椭圆锥面,存在着如何使屈服曲面平滑地过渡到破坏面的问题[6],可能在一定的收敛容差下,应力空间中某些部位圆柱面越过椭圆锥面,使得混凝土应力偏高,这样就造成使用弹塑性本构计算出的极限荷载值要稍微大一点.(3)由于同时打开砼开裂和压碎判断会造成混凝土极限荷载P cu 偏低,故建立M odel 291～150,模型中均关闭砼压碎判断,只进行砼开裂判断,其计算结果见图5、图6.由图5可知,当单元数较小时,对于不同的收敛容差,混凝土极限荷载P cu 离散较大;当单元数为216个及以上数值时,混凝土的P cu 离散不大,最大幅度值为(P cu ,max -P cu ,min )/21.5=7.0%(单元数216时),说明单元数达到一定的数值(216)时,进一步地细化单元对计算结果影响不大,由图6可知,当单元数为27时,混凝土极限荷载值对收敛容差非常敏感;当单元数一定时,整体上P cu 随着收敛容差的增大而增大,但随着单83南昌工程学院学报2009年元数的增加,P cu 增长率(P cu ,10%-P cu ,0.1%/21.5)有所减缓,极限荷载增长率与单元数的关系见图7,主要原因是:由于排除了混凝土压碎因素的干扰,随着收敛容差的增大,各节点的残余力增大,在随后的子步计算中积累的误差就越大,导致P cu 增大;S O LI D 65单元是基于弥散裂缝模型和最大拉应力开裂判据[3],当单元足够密时,混凝土因为应力集中而提前开裂,导致P cu 增长率(P cu ,10%-P cu ,0.1%/21.5)有所减缓.在图7中,当单元数为2197时,P cu 增长率(P cu ,10%-P cu ,0.1%/21.5)仅为2.2%,说明单元网格过密时,收敛容差对ANSY S 极限荷载计算值影响变小.图5 不同收敛容差时极限荷载P cu —单元数关系图 图6 不同单元数时极限荷载P cu —收敛容差R T O L 关系图图7 极限荷载增长率—单元数的关系图对于网格密度足够的模型,收敛容差为0.1%、0.5%时所对应的P cu 值均较接近砼f 0cu =21.5N/mm 2.45个极限荷载P cu值均大于砼f 0cu =21.5N/mm 2,最大提高幅度为22.5%,主要原因是:在混凝土非线性有限元分析中,当某积分点处混凝土压碎时,混凝土对该积分点处的刚度矩阵的贡献接近于零,但是当关闭混凝土压碎判断时,混凝土单元不会被压碎,故导致计算值偏大,但输入的混凝土弹塑性本构关系曲线和混凝土的开裂判断均限制了其提高幅度处于一定的范围之内.另一方面,在立方体抗压强度检测试验中,加压垫板与砼试块之间存在着一定的相对滑移、试块中存在初始缺陷等原因均造成ANSY S 计算值大于试验值.因此,本文建议,当关闭砼压碎判断时应选择计算精度高的小容差值,如0.1%或0.5%.(4)鉴于上述各点,在混凝土非线性分析中,由于同时打开砼开裂和压碎判断造成ANSY S 计算值偏低,故在一般情况下,可以不使用S O LI D65单元的压碎判断的功能,只进行开裂判断,且砼单元数为343个(对应的单元长度21mm 左右),采用0.1%或0.5%的残余力收敛容差时,ANSY S 的计算结果接近实测值.对于有些结构体系,其荷载—位移曲线可能有几个极值点,某个构件失效后导致结构承载力的暂时降低往往并不意味着结构的最终承载力不再有增加的可能,因此更需要估计结构跨越第一极值点后的受力性能.当混凝土应力—应变关系出现软化段时,混凝土结构出现负刚度,其刚度矩阵是非正定的,使用增量迭代法将导致迭代发散[11],导致模型难以跨越第一个极值点,此时位移加载法和弧长法对于处理此类负刚度问题具有很强的能力,故建立M odel 2151、M odel 2152、M odel 2153,体现这两种算法在处理负刚度矩阵的优势.M odel 2151同M odel 2118的唯一区别是使用了弹塑性H ognestad 型本构关系,其它模型间的区别详见表1.模型的轴向荷载—位移关系曲线见图8.由图8可知,3个模型的轴向承载力非常接近,约501075N ,且使用了弧长法(arc 2length )或施加位移荷载的模型均有下降段反应.93第1期梅毕祥,等:基于ANSY S 的混凝土极限荷载影响因素分析图8 轴向荷载—位移关系曲线5 结 论通过对比分析,得出以下一些重要结论.(1)在ANSY S 中,若使用William 2Warnke 5参数破坏准则同时对混凝土进行开裂和压碎判断,将会造成ANSY S 极限荷载值偏低;简单的混凝土线弹性本构模型并不能改善混凝土的收敛性且较弹塑性本构模型计算值略低;若进行混凝土极限荷载计算,建议关闭混凝土压碎判断,同时输入符合实际的单轴应力—应变关系曲线,如等强硬化型(MIS O )曲线,可使得混凝土极限荷载模拟值与试验值接近.并对于上述结论分析了原因.(2)当网格密度较稀疏时,混凝土极限荷载值对混凝土的收敛容差非常敏感,计算值离散较大;当网格密度达到一定的程度,进一步细化网格已对计算结果影响不大,并说明了原因.本论文中,混凝土单元长度为21mm 左右时,模型网格密度已经足够,ANSY S 的极限荷载计算结果接近实测值.虽然以混凝土受压试验为算例,但本文推荐了一种试算方法,同样可以用来寻找适合于其他混凝土结构的网格密度,这种试算方法的使用原则为:其它条件一定,不断加密单元网格,当加密单元网格对ANSY S 计算值影响不大时,此网格即为适宜密度网格.(3)对于网格密度足够的模型,当同时进行混凝土开裂和压碎判断时,收敛容差的大小对其计算结果影响很小;当关闭混凝土压碎判断时,整体上混凝土极限荷载P cu 随着收敛容差的增大而增大,但随着单元数的增加,P cu 增长率有所减缓,当单元网格过密时,收敛容差对A NSY S 极限荷载计算值影响变小.并说明了原因.(4)对于有些结构体系,其荷载—位移曲线可能有几个极值点,某个构件失效后导致结构承载力的暂时降低往往并不意味着结构的最终承载力不再有增加的可能,因此更需要估计结构跨越第一极值点后的受力性能,增量迭代法无法处理负刚度问题,而位移加载法和弧长法在获取结构跨越极值点之后的下降段曲线方面有独特优势,更利于正确获取结构的极限荷载值.参考文献:[1]ANSY S reference manual :Release 11.0.ANSY S ,Inc ,Canonsburg ,PA ,US A.2007.[2]Santhakumar R ,Chandrasekaran E.Analysis of Retrofitted Rein forced C oncrete Shear Beams using Carbon Fiber C om posites[J ].E lectronic Journal of S tructural Engineering ,2004,(4)71-72.[3]江见鲸,陆新征.利用ANSY S S olid65单元分析复杂应力条件下的混凝土结构[J ].建筑结构,2003,(6):22-24.[4]徐礼华,池 寅.钢纤维混凝土深梁非线性有限元分析在ANSY S 中的实现[J ].岩土力学,2008,(9):2577-2582.[5]K heyroddin A ,Naderpour H.N onlinear finite element analysis of RC shear walls retrofitted using externally bonded steel plates and FRPsheets[C]//1st International S tructural S pecialty C on ference ,Canada ,2006:3524-3529.[6]梅毕祥,贾益纲.A NSY S 、A 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基于ANSYS的混凝土受力分析模拟研究
基于ANSYS的混凝土受力分析模拟研究一、研究背景混凝土是建筑工程中常用的一种材料，其特性是具有良好的耐久性和承载能力。
混凝土结构的设计与施工过程中，需要进行受力分析，以保证结构的安全性和稳定性。
基于ANSYS的混凝土受力分析模拟技术，可以通过计算机模拟实验的方式，更加精确地分析混凝土结构的受力情况，提高设计和施工的效率和质量。
二、研究目的本研究旨在通过基于ANSYS的混凝土受力分析模拟，探究混凝土结构在不同载荷下的受力情况，分析混凝土结构的强度和变形特性，为混凝土结构的设计和施工提供理论依据和参考。
三、研究方法本研究采用基于ANSYS的混凝土受力分析模拟技术，通过建立模型、设置材料参数、施加载荷等步骤，进行混凝土结构的受力分析模拟。
具体步骤如下：1.建立模型首先，需要根据实际情况建立混凝土结构的三维模型，包括结构的几何形状、尺寸和材料属性等。
可以通过CAD软件进行建模，生成.STEP或.STL格式的模型文件。
2.设置材料参数其次，需要设置混凝土材料的物理参数，包括弹性模量、泊松比、密度、极限抗压强度、极限抗拉强度等。
这些参数可以通过实验或文献资料得到。
3.施加载荷然后，需要根据实际情况设置载荷类型、大小和方向等参数。
载荷可以是静态或动态，可以是单向或多向的。
可以通过ANSYS软件中的载荷模块进行设置。
4.运行模拟最后，将设置好的模型、材料参数和载荷参数导入到ANSYS软件中，进行模拟分析。
可以通过ANSYS中的计算模块进行求解。
四、研究内容1.混凝土结构的受力分析模拟通过基于ANSYS的混凝土受力分析模拟技术，可以模拟混凝土结构在不同载荷下的受力情况。
可以计算混凝土结构的应力、应变、位移等参数，分析混凝土结构的强度和变形特性。
2.混凝土结构的强度分析在混凝土结构的受力分析模拟中，可以计算混凝土结构在承受载荷时的极限抗压强度、极限抗拉强度、屈服强度等参数。
通过比较不同载荷下的极限强度值，可以确定混凝土结构的强度等级。
ANSYS中混凝土的计算问题 本构模型
ANSYS中混凝土的计算问题最近做了点计算分析，结合各论坛关于这方面的讨论，就一些问题探讨如下，不当之处敬请指正。
一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。
考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。
裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。
离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。
随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言，她可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。
而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。
二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。
混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。
就ANSYS而言，其问题比较复杂些。
1 ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yi eld criterion)。
W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之前）。
理论上破坏准则(failure criterion)和屈服准则(y ield criterion)是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，但没有破坏。
基于ANSYS的现浇混凝土楼板裂缝分析
基于ANSYS的现浇混凝土楼板裂缝分析文章从混凝土本构关系和目前混凝土破坏开裂准则出发，结合现浇混凝土楼板裂缝的现状和产生原因，利用有限元软件，结合SOLID65单元的应用，分析了在竖向位移作用下四边简支现浇板的裂缝分布、主应力分布等。
为进一步研究现浇楼板裂缝提供理论参考。
标签：有限元；本构关系；破坏准则；楼板裂缝1 引言现浇混凝土楼板裂缝问题一直受到国内外工程人员的关注，裂缝的存在对于结构的耐久性和适用性都会造成极为不利的影响，由于钢筋混凝土结构是多种不同材料经过拌合、振捣、养护后而形成的。
一般情况下，大部分细小的裂缝的存在并不会直接影响到结构的安全和正常使用，但是，如何避免那些可见裂缝，特别是对结构安全有影响的裂缝则是人们普遍关心的。
2 钢筋混凝土本构关系及破坏准则2.1 材料本构关系混凝土采用的本构模型骨架曲线为Kent和Park在1973年提出，后经Scott 等人改进的模式。
在反复加载下钢筋的骨架曲线采用二线型本构模型，超过弹性极限后，钢筋的等效弹性模量取E’=0.01E。
2.2破环准则混凝土开裂前，采用Druck-Prager屈服面模型模拟其塑性行为，即在这种情况下，一般在假设压碎和开裂之前，混凝土材料的塑性变形已经完成。
对于ANSYS中的混凝土材料开裂的失效准则，则采用William-Warnke五参数强度模型。
多轴应力状态下混凝土的失效准则表达式为：3 钢筋混凝土楼板开裂在ANSYS中的模拟3.1 Solid65单元通常钢筋混凝土结构有限元分析的单元分为两种：杆系单元和实体单元。
在结构分析中应尽可能多地采用三维实体单元模型，力求最大程度地真实模拟实际结构构件。
Solid65是专为混凝土、岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元，能够使混凝土材料具有开裂、压碎、塑性变形和蠕变的能力，可以模拟材料的拉裂和压溃现象。
3.2 开裂模拟本文钢筋混凝土裂缝有限元分析采用ANSYS中的smeared裂缝模型（单元内部分布裂缝模型），其原理是用分布裂缝代替单独裂缝，在结构出现裂缝以后，仍然假定材料是连续的，通过判断混凝土结构内部的积分点的状态（一般判断等效应力是否大于某数值）来判断单元内部积分点是否开裂，但是该方法无法考虑裂缝的扩展，裂缝之间也不能贯通，对结构进行整体分析时，如果结构划分的网格足够密，其结果还是很理想的。
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1. 讨论两种Ansys求极限荷载的方法（1）力加载可以通过对应的方法（比如说特征值屈曲）估计结构的极限荷载的大致范围，然后给结构施加一个稍大的荷载，打开自动荷载步二分法进行非线性静力分析，最后计算会因不收敛终止，则倒数第二个子步对应的就是结构的极限荷载；另外，也可以选择弧长法，采用足够的子步（弧长法可以一直分析到极限承载力之后的过程）同样可以从绘制的荷载位移曲线或计算结果中找出结构的极限荷载。
（2）位移加载给结构施加一个比较大的位移，打开自动荷载步二分法进行非线性分析，保证足够的子步数，这样也可以分析到极限荷载以后，通过绘制荷载位移曲线或查看相应结果文件也可知道结构的极限荷载。
希望众高手讨论一下（1）弧长法求极限荷载的收敛性问题，如何画到荷载位移曲线的下降段？（2）位移法求极限荷载的具体步骤？2. 需要注意的问题1. 由于SOLID 65单元本身是基于弥散裂缝模型和最大拉应力开裂判据，因此在很多情况下会因为应力集中而使混凝土提前破坏，从而和试验结果不相吻合，因此，在实际应用过程中应该对单元分划进行有效控制，根据作者经验，当最小单元尺寸大于5cm 时，就可以有效避免应力集中带来的问题；2. 支座是另一个需要注意的问题。
在有限元分析中，很多时候约束是直接加在混凝土节点上，这样很可能在支座位置产生很大的应力集中，从而使支座附近的混凝土突然破坏，造成求解失败。
因此，在实际应用过程中，应该适当加大支座附近单元的尺寸或者在支座上加一些弹性垫块，避免支座的应力集中；3. 六面体的SOLID 65 单元一般比四面体的单元计算要稳定且收敛性好，因此，只要条件允许，应该尽量使用六面体单元；4. 正确选择收敛标准，一般位移控制加载最好用位移的无穷范数控制收敛，而用力控制加载时可以用残余力的二范数控制收敛。
在裂缝刚刚出现和接近破坏的阶段，可以适当放松收敛标准，保证计算的连续性；3. 关于下降段的问题1）在实际混凝土中都有下降段，但是在计算的时候要特别小心下降段的问题。
2）下降段很容易导致计算不收敛，有时为了计算的收敛要避免设置下降段，采用rush模型。
3）利用最大压应变准则来判断混凝土是否破坏。
4. Solid65单元中的破坏准则1）采用Willam&Warnke五参数破坏准则2）需要参数：单轴抗拉强度，单轴，双轴抗压强度，围压压力，在围压作用下双轴，单轴抗压强度5. 近来我对混凝土单元进行了一点思考，有一些想法，贴在下面，共同探讨：1）分析混凝土结构，选择合理的材料特性是建立模型的关键，所以有必要弄清混凝土的材料特性。
混凝土是脆性材料,并具有不同的拉伸和压缩特性。
典型混凝土的抗拉强度只有抗压强度的8％-15%。
在ANSYS中，对于混凝土单元，材料特性ANSYS要求输入以下数据（为了清楚起见，我将几个系数均译为了中文）：弹性模量、泊松比、张开与闭合滑移面的剪切强度缩减系数、抗拉与抗压强度、极限双轴抗压强度、周围静水应力状态、静水应力状态下单轴与双轴压缩的极限抗压强度、断裂发生时刚度乘子。
其中，1～6是必须输入的，7～11要么不输入，都采用默认值，如果输入其中一个，其他的都需要输入；另外，与在0～1之间取值，具体如何取值，是值得探讨的话题，但有一点是肯定的，不能将剪切缩减系数，取的太小，否则，就很难不收敛，据我体会，分析一个梁的极限荷载时，剪切缩减系数的取值影响也不是很大；2）据我理解，如果定义：TB,concer,mat(mat是需要定义的材料号)，则混凝土定义了破坏准则，没有定义屈服准则，主要是W-W模型。
由于混凝土材料的复杂性（太随机了），很难得到一个完全适合混凝土的屈服的材料模型；3）如果考虑混凝土的压碎破坏，有限元模型会较早失效，得不到真实极限荷载，建议在研究钢筋混凝土结构极限荷载时，关闭混凝土压碎能力；材料模型的选取对荷载变形曲线路径影响不大，即模拟曲线与真实曲线相对应部分吻合较好；不考虑混凝土的压碎破坏，并不意味着不考虑混凝土的抗压能力，相反，为了得到较准确的极限荷载，采用受压混凝土模型是必需的，也只有采用受压混凝土模型才能得到整个荷载变形曲线；6. do a mesh sensitivity analysis, which means you need analyze the model with three different mesh sizes in the span direction, and maybe you can find something.7. 开裂荷载就是第一到裂纹出现的时候，所加荷载即为开裂荷载；至于如何检测，我也没有好的办法，就是在开裂荷载附近，将荷载不加的很小！观察第一条裂纹的出现.8. 由于没有考虑混凝土的应力应变关系，所以荷载-位移曲线接近双折线；我的观点是：１）：仅设置CONCR，不管是否设置压碎，极限荷载偏小，荷载位移曲线一般接近二折线；采用CONCR ＋MISO则荷载位移曲线形状明显是曲线的，更接近试验结果，所以设置CONCR后，还要需要具体定义混凝土的应力应变关系；２）：不考虑压碎时，计算相对容易收敛；而考虑压碎则比较难收敛，即便是没有达到压碎应力时，且有限元模型会较早失效，得不到真实极限荷载。
3）关掉压裂，应该在考虑其他屈服准则，如von mises。
****米赛斯准则在特定的条件下是适合混凝土的．米赛斯准则不适合混凝土是因为它不能包括静水压力效应，对简单的简之梁摸拟，根本没有考虑静水压力效应，所以还是可以用米赛斯准则的；****我很赞成你的观点：＂定义Concr时把压碎特性去掉（抗压强度为“-1”）肯定是不合理的＂；我也在相关的帖子，发表过向类似的观点；比如，不考虑混凝土压碎，如何观察混凝土结构的裂缝发展？我也一直在考虑此问题，只是高我们这一行的人太少，连找一个讨论的人都很难！！我的观点是：如果必设压碎检查，则要通过大量的试算，并设置不同的网格密度、子步数，以达到目的；***另外，在ANSYS软件的帮助里，明确提到混凝土可以将抗压强度设为－１，以不考虑混凝土的压碎功能！原叙述如下：Absence of the data table removes the cracking and crushing capability. A value of -1 for constant 3 or 4 also removes the cracking or crushing capability，注：constant 3:Uniaxial tensile cracking stress.constant 4:Uniaxial crushing stress (positive).即混凝土开裂、压碎均可去掉。
***有时我想是不是＂ANSYS在混凝土这一块功能还有待于改善＂？9. 有限元方程求解采用Newton-Raphson迭代法求解，求解时采用多荷载步，每荷载步又设若干子步。
为便于加载，将整个求解过程分为四个阶段：（1）加载到开始出现裂缝；（2）很多裂缝出现；（3）钢筋屈服；（4）一直到破坏。
第一阶段为线性阶段，可以加比较大的荷载步，当出现裂纹后，就逐步减小荷载步。
进入非线性后，方程较难收敛甚至不收敛，在裂缝刚刚出现和接近破坏的阶段，可以适当放松收敛标准，保证计算的连续性10. 我在用ansys计算沈聚敏教授做过的试验（《钢筋混凝土构件的变形和延性》清华大学，建筑结构学报1980.2）总共10根梁。
发现我不考虑混凝土压碎的时候，得到的结果基本上与试验相同。
但是考虑压碎的时候（把-1改为轴心抗压强度，命令流相同），计算得到的结果与试验值相去甚远。
这是为何呢？在考虑压碎的前提下，我把收敛准则里面的0.05改为0.2之后，得到的最大承载力得到了显著的提高，可以和试验值相当这样的话，我就感到很不解了，应该说收敛准则，只是决定是否收敛，而不能改变结果阿？？？（而且我感觉0.2是不是不行啊，最大应该就是0.05）子步数和迭代次数应该是越大越好吧，（在不考虑计算时间的前提下），我好像感觉有人说，大了也不好，不好收敛。
表示怀疑？？？11. 如何显示SOLID 65单元内部配筋方向？操作步骤：1）使实体透明化：Utility Menu>PlotCtrls>Style>Translucency注意：1——完全透明；0——完全不透明2）显示与实常数相关的单元形状：Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape将ESHAPE开关打开。
3）消影Utility Menu>PlotCtrls>Style>Edge Options对GLINE进行选择。
4）将单元缩减以更好地观察Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape对SHRINK开关进行选择缩减比例0％～50％。
12. 为什么ANSYS对WW破坏面进行改动？1) 混凝土材料本身是一种非常复杂的材料，受压破坏和受拉破坏表现完全不同；2) WW破坏曲面中没有区分这两种破坏形式，但实际程序计算中却需要加以区分；3) 人为强制在压-压-拉分区和拉-拉-压分区中按开裂处理，体现了理论研究和实用计算程序编写之间的差异。
13. Solid 65的本构关系弹塑性行为1) 受拉弹性2) 受压可以选择一些塑性模型：a) Von Mises屈服面b) Drucker-Prager屈服面c) 理想弹塑性可以使用以下本构关系：1) 等强硬化模型（Multilinear Isotropic Hardening）2) 随动硬化模型（Multilinear Kinematic Hardening）3) Drucker-Prager模型(DP模型)，DP模型在混凝土中为理想弹塑性模型14. Solid65单元中的破坏准则采用Willam&Warnke五参数破坏准则需要参数：1) 单轴抗拉强度，2) 单轴，双轴抗压强度，3) 围压压力，4) 在围压作用下的双轴，单轴抗压强度15. 混凝土与钢筋组合模型的选取1. 在条件允许的情况下，优先使用整体式模型；2. 滑移影响可以通过折减钢筋弹模加以模拟；3. 在类似节点受往复荷载作用的问题，由于滑移严重，必须使用界面单元；4. 预应力考虑预应力损失，必须使用界面单元。
16. ANSYS裂缝模型的说明1. ANSYS的裂缝模型相对比较粗糙，使用时应加以慎重考虑；2. 受拉软化给的是基于固定极限应变的软化模型，比较适用于配筋合适的钢筋混凝土构件，对素混凝土构件有很强的网格依赖性，效果一般不好；3. ANSYS的裂面受剪模型为恒定的裂面剪力传递系数模型，在模拟受剪破坏时，剪力传递系数选择不当往往会高估构件受剪承载力。