弹性体的组合梁有限元分析
11.-组合梁有限元分析
弹塑性力学及有限元法题目：分析轮辐式组合梁在F X、F Y、F Z和M X作用下应力和应变(载荷大小自己选择)。
1 模型的建立1.1 3D实体模型的建立Ansys与UG等3D建模软件有许多数据接口，如IGES、SAT和X_T等，他们又不同的特性，适用于不同的模型。
本文是将UG中文件另存为X_T格式进行导入，这样能最大限度保证实体模型的完整性。
图1 轮辐式组合梁三维建模2有限元模型的建立2.1 定义单元属性a)定义单元类型选择菜单Main Menu：Preprocessor >Element Type >Add/Delete，在单元类型对话框中单击Add按钮。
弹出单元库对话框。
在其中的列表中选择Brick 8node45和MASS21。
MASS21单元是含有一个节点的单元，该节点有六个自由度：沿X,Y和Z 轴的平移自由度和绕X,Y和Z轴的旋转自由度。
其几何图形如下图5所示，图2 MASS21几何模型（3）选择MASS21的主要目的：可以将经MASS21划分的点的节点和经SOLID187划分的轮辐式组合梁的节点进行刚性连接，再在经MASS21划分的点的节点上施加转矩和力，将转矩和力传递到经过网格划分的轮辐式组合梁的节点上。
SOLID187单元上的节点含有三个平移自由度，无绕轴旋转自由度，无法施加转矩。
MASS21单元是含有一个节点的单元，该节点有六个自由度：沿X,Y 和Z轴的平移自由度和绕X,Y和Z轴的旋转自由度。
b)定义材料属性选择菜单Main Menu：Preprocessor >Material Props>Material>Moudle，在材料属性窗口中依次双击Structural，Linear，Elastic和Isotropic，在弹出的对话框中设置EX（弹性模量）为2.06E11，PRXY（泊松比）为0.3，density（密度）为7.85E3，单击OK即可。
钢—混凝土组合梁单调静力性能有限元分析
混凝土 Ｉ
表 ２ 钢材 力 学性 能
弹性模量Ｅ ｌ 屈服强度 １ ×０ ． １ ｌ ９ ５ ３ ０ ｌ １５ ｌ ． ×０ ９ ｌ １１ ０ ４
表 ３ 混凝 土 力学 性 能
立 方 体 强 度
３ ６
Ｉ 极限强度 ｌ ４ ４ ４ ｌ １ ７ ０ ５
ＭＰ ａ
棱 柱 体 强 度
２ ． ７１
行了较多 的试验及理论研究 ， 但对预应力 组合梁 的静力性能 、 组合 梁的设计计算理论 等课题 的研究 尚不完 善。近年来 ， Ｎ Ｙ Ａ ＳＳ
等有限元分析软件越来越 多地应 用于 土木工程 的仿真计算 ， 已 并 成 为试 验和理论研究 的有 益补充 。本 文利用 Ａ Ｓ Ｓ软 件建立 了 ＮＹ 钢一 混凝土组合梁 的有 限元模 型 ， 通过 与试验 的对 比验 证 了建模 方法 的可行性 。在此基础上 ， 分析 了栓 钉间距和 有效 预应力 等参 数对 钢一 混凝土组合梁静力性能 的影响。
钢一混凝 土组合梁 和预应力钢一混凝土组合梁 ， 试件设计 见表 １ ，
２ 建 模方 法
利用 Ａ Ｓ Ｓ软件建 立 了两种 组合 梁有 限元模 型 ： 预应力 ２ １ 单元 类型 ＮＹ 非 ． 在建模过程 中 ， 混凝 土采用 Ｓ ｌ ６ ｏｄ ５实体 单元 ； 中纵 、 向 ｉ 板 横 其中ｓ １一ｓ ３为非预应力组合梁 ，Ｐ Ｓ １～Ｓ ２为体外预应力组 合梁 。 钢筋 以及预应力筋采用 Ｌｎ ８ Ｐ ｉｋ 单元 ； 工字形钢 梁采用 了 Ｓｅｌ ｈｌ ３壳 ４ 试件 的尺寸及规 格 参 照 了 文献 ［ ］ 的试 验模 型 ： 的跨 度 取 单元 ； ７中 梁 栓钉抗剪 连接件采用 Ｃ ｍ ｉ ９弹簧单 元 ， ｏ ｂｎ ３ 弹簧单元 具有一 ４ ８ｍ； ． 混凝土 强度 等级 Ｃ ０ 混凝 土板 厚 １０ｍ 宽 ６ Ｏｍｍ； ３， ０ ｍ， Ｏ 钢 个沿梁跨度方 向的 自由度 ， 以模拟混 凝土和钢 梁之间 的相对 滑 用 梁采用 Ｑ ３ ２ ５级 Ｉ ０ 工字 型钢 ； ｂ ２ 栓钉采 用直径 １ ｍ 的 １Ｍｎ钢 移 ； ６ｍ ６ 为了避 免过 大的局 部集 中荷 载影 响模 型的计算 收敛 性 ， 分别
组合梁钢筋混凝土柱框架结构力学性能非线性有限元分析
组合梁钢筋混凝土柱框架结构力学性能非线性有限元分析基于Opensees地震工程数值模拟平台实现了水平荷载作用下组合梁钢筋混凝土柱单层单跨平面框架结构的单调曲线的有限元数值模拟，并与相关试验结果进行对比分析。
数值模型中，混凝土采用修正的Kent-Park模型，钢材采用理想弹-塑性模型，采用位移增量法求解非线性方程。
基于此，对影响此类框架结构力学性能的主要因素进行了参数分析;结果表明，此类框架具有良好的抗震性能，也为进一步研究或工程应用提供一定参考。
标签：组合梁;框架;有限元;参数分析1 引言钢-混凝土组合梁是一种由混凝土板和钢梁通过抗剪栓钉组合而成的受弯构件。
由于这种构件能够充分发挥了钢材的抗拉和混凝土的抗压性能，使得其具有较好的承载能力，整体刚度好于独立工作的钢梁，且保证钢梁翼缘和腹板的稳定性，此外施工速度快、经济效益高，而被广泛应用于高层、超高层及多高层建筑的楼盖和平台结构中。
目前，针对组合梁构件的研究相对较多，更多关注于于构件的理论分析[1-5]，而组合梁应用于框架的理论分析相对较少。
同济大学薛伟辰[6]等进行了两榀组合梁框架的试验研究;西安建筑科技大学张守军[7]采用Ansys软件建立三维模型对含有钢-混凝土组合梁的大型复杂高层建筑组合结构的基本性能进行了研究。
为此，系统地研究组合梁框钢筋混凝土柱架结构的基本力学性能及参数影响规律，建立有效的组合梁框架的理论计算模型和实用计算方法十分必要。
本文基于非线性梁柱纤维理论，在Opensees地震工程数值模拟平台上建立了合理有效的组合梁钢筋混凝土框架的有限元计算模型，并对此类框架的荷载-位移曲线进行全过程模拟，数值模型得到了试验结果的验证。
基于此数值模型，进行了该类框架的力学性能和影响因素的参数分析，为相关研究和工程设计提供一定参考依据。
2 有限元模型的建立与求解2.1基本假定对组合梁钢筋混凝土柱框架进行非线性分析时的基本假定如下：（1）平截面假定：受弯构件弯曲变形后仍保持一个平面，即截面的应变沿高度保持线性分布;（2）组合梁型钢与混凝土板，钢筋与混凝土之间连接可靠;（3）受弯构件具有足够的抗剪承载力;（4）不考虑混凝土收缩、徐变的影响。
钢-混凝土组合梁的有限元及可靠度分析的开题报告
钢-混凝土组合梁的有限元及可靠度分析的开题报告一、研究背景与目的随着城市化进程的加快以及经济和人口的快速增长，高层建筑和大跨度结构的建设变得越来越普遍。
钢-混凝土组合梁作为一种新型的结构体系，由于其具有较好的抗弯刚度、承载能力和抗震性能等优点，被广泛应用于大跨度结构和高层建筑中。
研究钢-混凝土组合梁的力学性能和可靠度，对于提高现代建筑结构的安全性和可持续发展能力具有重要的意义。
本论文的研究目的是：通过有限元模拟和可靠度分析，研究钢-混凝土组合梁的力学性能和可靠性，探究组合梁的受力特点、承载能力及其与组合板、钢梁、混凝土等材料的相互关系，为工程实际应用提供理论依据。
二、研究内容和方法本论文采用有限元方法建立钢-混凝土组合梁的三维数值模型，分析组合梁在不同荷载条件下的受力情况，包括弯曲、剪切、轴力和扭矩等。
同时，采用基于Monte Carlo模拟的可靠度分析方法，对组合梁的可靠性进行评估，探究参数变化对于组合梁的可靠性指标的影响。
具体步骤如下：1. 建立钢-混凝土组合梁的三维有限元模型，包括组合板、钢梁和混凝土等材料的力学特性和几何形状等参数的输入。
2. 对组合梁在不同荷载条件下进行有限元数值模拟，分析组合梁的应力、应变、变形等力学性能指标。
3. 运用基于Monte Carlo模拟的可靠度分析方法，分析组合梁在正常荷载、极限状态荷载、抗震荷载等状态下的可靠性指标，如可靠度指标、失效概率等。
4. 对组合梁的可靠性指标进行灵敏度分析，探究不同参数对于可靠度指标的影响，为组合梁的设计和优化提供理论依据。
三、预期成果预计本论文的研究成果包括：1. 建立钢-混凝土组合梁的三维有限元模型，分析组合梁在不同荷载条件下的应力、应变、变形等力学性能指标。
2. 运用基于Monte Carlo模拟的可靠度分析方法，评估组合梁在正常荷载、极限状态荷载、抗震荷载等状态下的可靠性指标。
3. 针对组合梁的可靠性指标进行灵敏度分析，探究不同参数对于可靠度指标的影响。
弹簧单元与梁单元实例计算
弹簧单元与梁单元实例计算1.绪论有限元法也叫有限单元法（finite element method, FEM），是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种弹性力学问题的数值求解方法。
五十年代初，它首先应用于连续体力学领域—飞机结构静、动态特性分析中，用以求得结构的变形、应力、固有频率以及振型。
由于这种方法的有效性，有限单元法的应用已从线性问题扩展到非线性问题，分析的对象从弹性材料扩展到塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料，从连续体扩展到非连续体。
关键词：有限元方法，数值求解，动态分析2.有限元方法2.1有限元法概述有限元法是把要分析的连续体假想地分割成有限个单元所组成的组合体，简称离散化。
这些单元仅在顶角处相互联接，称这些联接点为结点。
离散化的组合体与真实弹性体的区别在于：组合体中单元与单元之间的联接除了结点之外再无任何关联。
但是这种联接要满足变形协调条件，即不能出现裂缝，也不允许发生重叠。
显然，单元之间只能通过结点来传递内力。
通过结点来传递的内力称为结点力，作用在结点上的荷载称为结点荷载。
当连续体受到外力作用发生变形时，组成它的各个单元也将发生变形，因而各个结点要产生不同程度的位移，这种位移称为结点位移。
在有限元中，常以结点位移作为基本未知量。
并对每个单元根据分块近似的思想，假设一个简单的函数近似地表示单元内位移的分布规律，再利用力学理论中的变分原理或其他方法，建立结点力与位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程，从而求解结点的位移分量。
然后利用插值函数确定单元集合体上的场函数。
显然，如果单元满足问题的收敛性要求，那么随着缩小单元的尺寸，增加求解区域内单元的数目，解的近似程度将不断改进，近似解最终将收敛于精确解。
2.2有限元法的优点1、物理概念浅显清晰，易于掌握。
有限元法不仅可以通过非常直观的物理解释来被掌握，而且可以通过数学理论严谨的分析掌握方法的本质。
2、描述简单，利于推广。
梁的有限元分析原理
梁的有限元分析原理梁的有限元分析原理是一种工程结构分析方法，广泛应用于建筑、桥梁、航空航天、汽车等领域。
它通过将连续的结构离散化为有限数量的小单元，通过数学模型进行计算，得出结构的力学性能和响应情况。
梁的有限元分析原理是有限元分析的基础，下面将对其进行详细介绍。
首先，梁的有限元分析原理基于梁理论，即在横向较小、纵向较长的情况下，结构可以近似为一维梁。
梁的有限元分析原理通过将梁划分为多个单元，每个单元内部可以看作两个节点之间的一段杆件，通过建立节点之间的力学关系方程，得到整个结构的力学性能。
其次，梁的有限元分析原理利用了变分原理，即将结构的势能取极小值，建立了结构的力学方程。
通过对于梁的弯曲、剪切和轴向力等方面的力学模型进行合理的假设与简化，可以得到结构的位移与力的关系，从而解决结构的力学问题。
在梁的有限元分析中，需要进行以下几个步骤：1.几何离散化：将梁结构划分为多个单元，每个单元具有相同的形状与尺寸，通常为矩形或三角形。
2.模型建立：根据梁理论以及力学方程的简化假设，建立节点的力学关系方程，包括位移、应力、应变等参数。
3.材料性能定义：确定梁材料的力学性能参数，如弹性模量、截面惯性矩等。
这些参数对梁结构的力学性能具有重要影响。
4.边界条件施加：根据实际问题设定边界条件，包括固定支座、约束条件等。
这些条件对于解决梁结构的位移、应力等问题至关重要。
5.方程求解：通过数学方法求解得到节点之间的力学关系方程，利用数值计算技术进行迭代求解，得到梁结构的位移、应力等参数。
6.结果分析：根据求解得到的结果，进行力学性能分析，如最大应力、挠度、模态分析等。
根据分析结果评估结构的强度与稳定性。
总结起来，梁的有限元分析原理是一种基于梁理论的工程结构分析方法，通过将结构离散化为多个小单元，利用力学关系方程和数值计算技术求解得到结构的力学性能。
通过梁的有限元分析原理，工程师可以更加准确地评估结构的强度与稳定性，对结构进行优化设计。
基于有限元分析的组合截面计算方法研究
基于有限元分析的组合截面计算方法研究组合结构是由两种及以上的建筑材料相互連接在一起构成的一种更加合理的构件或结构体系。
钢管混凝土拱桥、钢混凝土组合钢板梁、波形腹板箱梁桥等都属于组合结构的范畴。
组合结构能发挥不同材料的特性，在现代桥梁结构中应用越来越广泛。
组合截面补强方法也成为了提高结构承载力行之有效的加固方法之一。
本文以一座组合截面简支梁桥作为研究背景，浅析组合截面的计算理论及有限元计算方法，同时介绍该方法中的相关注意事项。
标签：组合截面;有限元;桥梁加固1 组合截面计算方法1.1基本假设对组合结构的计算，不考虑钢与混凝土间的滑移，一般是将混凝土按刚度等效的原则折算为钢材，将结合截面特性（主要为面积和惯性矩）转换算为同种材料（钢材）的特性，截面变形满足平截面假定，且处于弹性变形状态。
在此基础上再按普通截面的计算原则进行受力分析和内力计算。
1.2计算原理组合截面的计算方法复杂，本节以一简支钢混组合梁作为背景结合相关理论推导出组合截面内力的计算公式及分配原则。
图2-1 组合截面荷载内力分配示意将组合梁截面作如图2-1～图2-2所示分解，求出截面各部分应力。
根据截面内力平衡条件，分配后内力与整体截面内力关系：;式中：y1、y2分别为新旧截面形心到组合截面形心轴的距离。
图2-2 组合截面形心示意假定钢结构层相应截面参数为E1、I1、A1;混凝土桥面板结构按等效换算原则将桥面板材料换算成钢结构层截面材料，换算后混凝土桥面板材料参数为：换算后，组合截面面积及惯性矩分别为A、I。
根据平截面假定，在M、N 作用下原拱圈截面和新增拱圈截面曲率ρ1、ρ2，与组合截面曲率ρ是相同的，即：根据曲率与弯矩关系可得：根据平截面假定，截面换算后，可以得到等效截面应力：新旧拱圈截面中性轴处的实际应力应为：符合平截面假定：相应地可以得到新旧拱圈截面中性轴处的应变：2 工程简介及有限元模型的建立本文以一简支组合截面梁为研究背景，采用Midas/Civil施工阶段联合截面对其进行施工阶段分析，该桥计算跨径为15.0m。
11.-组合梁有限元分析
弹塑性力学及有限元法题目：分析轮辐式组合梁在F X、F Y、F Z和M X作用下应力和应变(载荷大小自己选择)。
1 模型的建立1.1 3D实体模型的建立Ansys与UG等3D建模软件有许多数据接口，如IGES、SAT和X_T等，他们又不同的特性，适用于不同的模型。
本文是将UG中文件另存为X_T格式进行导入，这样能最大限度保证实体模型的完整性。
图1 轮辐式组合梁三维建模2有限元模型的建立2.1 定义单元属性a)定义单元类型选择菜单Main Menu：Preprocessor >Element Type >Add/Delete，在单元类型对话框中单击Add按钮。
弹出单元库对话框。
在其中的列表中选择Brick 8node45和MASS21。
MASS21单元是含有一个节点的单元，该节点有六个自由度：沿X,Y和Z 轴的平移自由度和绕X,Y和Z轴的旋转自由度。
其几何图形如下图5所示，图2 MASS21几何模型（3）选择MASS21的主要目的：可以将经MASS21划分的点的节点和经SOLID187划分的轮辐式组合梁的节点进行刚性连接，再在经MASS21划分的点的节点上施加转矩和力，将转矩和力传递到经过网格划分的轮辐式组合梁的节点上。
SOLID187单元上的节点含有三个平移自由度，无绕轴旋转自由度，无法施加转矩。
MASS21单元是含有一个节点的单元，该节点有六个自由度：沿X,Y 和Z轴的平移自由度和绕X,Y和Z轴的旋转自由度。
b)定义材料属性选择菜单Main Menu：Preprocessor >Material Props>Material>Moudle，在材料属性窗口中依次双击Structural，Linear，Elastic和Isotropic，在弹出的对话框中设置EX（弹性模量）为2.06E11，PRXY（泊松比）为0.3，density（密度）为7.85E3，单击OK即可。
分析如图1组合梁在Fx、Mx、Fy、My 、FZ、MZ作用下应力和应变
弹塑性力学及有限元法题目：分析如图1组合梁在F x、M x、F y、M y、F Z、M Z作用下应力和应变。
图1 模型图1 建立三维实体模型Ansys将模型分为实体模型和有限元模型两大类。
实体模型由关键点、面和体组成，用于直接描述所求问题的几何特性。
是对所构建实体进行分析和改进的基础，模型建立的越精确，相应的计算结果也会越精确。
本次利用solide works 建模如下图：图2 组合梁三维建模2.1 导入实体模型Ansys与solideworks等3D建模软件有许多数据接口，如IGES、SAT和X_T 等，不同的特性，适用于不同的模型。
本文是将solideworks中文件另存为X_T 格式进行导入。
选择菜单：File->Import->PARA…选择“零件1.x_t”，导入实体模型。
2.2 定义单元类型选择菜单Main Menu：Preprocessor >Element Type >Add/Delete，在单元类型对话框中单击Add按钮。
弹出单元库对话框。
在其中的列表中选择Brick8node45和MASS21。
由于3D Mass 21是刚性单元，所以应当设置质量实常量为0：选择菜单：Preprocessor->Real Constants->Add/Edit/Delete->Add，选中Type 1 Mass21，OK，将XYZ三个方向的质量设置为0。
Close。
MASS21单元是含有一个节点的单元，该节点有六个自由度：沿X,Y和Z 轴的平移自由度和绕X,Y和Z轴的旋转自由度。
其几何图形如下图3所示，图3 MASS21几何模型（3）选择MASS21的主要目的：可以将经MASS21划分的点的节点和经SOLID187划分的轮辐式组合梁的节点进行刚性连接，再在经MASS21划分的点的节点上施加转矩和力，将转矩和力传递到经过网格划分的弹性体组合梁的节点上。
SOLID187单元上的节点含有三个平移自由度，无绕轴旋转自由度，无法施加转矩。
弹性体的组合梁有限元分析综述
弹塑性力学及有限元法班级：机械研16 学号：216015XXXX 姓名：张应帅题目：分析图1组合梁在F x、M x、F y和M y作用下应力和应变(载荷大小自己选择)。
图1弹性体的组合梁其中，组合梁中各作用力与扭矩的值如表1，选择材料为钢各参数如表2，组合梁尺寸如图2。
表1原始数据表2钢各参数图2组合梁尺寸说明：本次有限元分析实体建模采用UG8.5，用workbench14.0进行模拟仿真。
1建立三维实体模型根据组合梁的尺寸，用UG绘制出组合梁的三维图并保存为.igs格式，如图3。
图3 UG三维图2导入几何模型打开workbench14.0的静力学分析模块，设置好建模单位并将UG绘制的三维模型导入到软件中，如图4，图5，图6。
图4 workbench静力学分析模块图5设置长度单位图6 UG模型导入workbench3 添加材料库选择材料为钢，钢的各参数在表2已给出，自定义材料属性，并添加到分析项目中如图7，图8。
图7 定义参数图8 参数设置4 添加模型材料属性设置分析单元并将材料设置为钢，如图9，图10。
图9 设置分析单元图10 设置材料5 划分网格运行Mesh,画出网格如图11。
图11 网格图6 施加载荷与边界条件选择组合梁的底面为约束面，并对各方向施加压力和转矩，如图12，图13，图14，图15，图16.图12 约束面图图13 X方向载荷图图14 Y方向载荷图图15 X轴扭矩图图16 Y轴扭矩图7 结果后处理在Solution工具栏中添加总变形、等效应变、等效应力、定向变形、最大主应变、最大主应力查看结果，如图17，图18，图19，图20，图21，图22，图23。
图17 工具栏图18 总变形图图19 等效应变图图20 等效应力图图21 定向变形图图22 最大主应变图图23最大主应力图经过仿真分析，在受表1的载荷时，得到的最终结果如表3.表3 结果。
基于有限元法的工字形轴压组合钢梁屈曲分析
字形横截面悬臂梁 ， 在其 自由端 受到横 向荷 载 Ｆ 的作用 ， 图 ｌ 如
所示 。通 过 计 算 确 定 梁 发 生 失 稳 时 的 临 界 载荷 及 失 稳形 式 。
圈 ２ 计算 模 型
采用 Ａ Ｙ 中 的 Ｂ ａ ８ ＮＳ Ｓ ｅｍ１ ９单 元 对 计 算 模 型 进 行 离 散 。
但 ＮＳ ｅｍ１ ９梁单元强 大的横截 面 问题 的基本参数 ： 氏弹性模量 Ｅ＝２ ０ ５ＭＰ ， 杨 ．ｅ ａ泊松 比 ＝ 构件 的特 点 ， 是 Ａ ＹＳ赋予 了 Ｂ ａ ８ 改 横 的 ０ ２ 梁 横 截 面 尺 寸 见 表 １ 现 取 Ｌ ， ２ Ｌ ，Ａ， 五 个 构 件 ， ．， ， １Ｌ ， ３ Ｉ Ｉ ｌ长 定 义 功 能 ， 进 了 粱 构 件 另 外 两 维 （ 截 面 形 状 ） 可 视 化 特 性 。 度分别为 １２ ２ ０ ３ ２ ４０ ５０ ． ， ． ，． ， ． ， ． 。
Ｂａ ８ ｅｍ１ ９单元 是建 立 在 Ｔｍｏｈｎ ｏ 分 析 理 论 的基 础 上 的 ， 入 ｉ ｓｅ ｋ 梁 计
剪切效应和大变形效 应。与其他简 单梁单 元相 比 ，ｅｒ１９尽 Ｂａ ８ ｎ
图 ｌ 等截 面 的 工 字 形横 截 面 悬 臂 梁
管还是保持 了“ 的主要特征 ， 梁” 即近似 描述三维 实体 结构 的一维
式 （） １计算结果／ Ｎ ｋ
１ ４ Ｅ６ ４
ＡＳＳ Ｎ Ｙ 分析结果 ／Ｎ ｋ 误差／ ％
１ ９ ６ ３ Ｅ ３４ ．
Ｌ ２
Ｉ ３ Ｌ ４ Ｌ ５
５０ ８ ５ ２Ｅ
１ ６ ９ Ｅ５ １ ２ Ｅ５ ５ ８ ７ １ Ｅ４
５０４ ． ２ Ｅ５
关 键 词 ： 字形 轴压 组合 钢 梁 ， 征 值 屈 曲 ， 线 性 屈 曲 工 特 非 中 图 分 类 号 ： Ｕ３ ５ １ Ｔ ７ ．
桥梁结构中混合截面梁的有限元计算分析
第11卷第9期中国水运V ol.11N o.92011年9月Chi na W at er Trans port Sept em ber 2011收稿日期：66作者简介：卢兵，中交第二公路勘察设计研究有限公司。
桥梁结构中混合截面梁的有限元计算分析卢兵1，肖承初2（中交第二公路勘察设计研究有限公司，湖北武汉430052）摘要：针对工程结构中广泛应用的组合截面构件，以梁的平面假设为前提，根据有限元基本理论，推导组合截面梁的截面属性计算、初应变计算和内力分配计算。
关键词：组合截面；平截面假设；有限单元法中图分类号：U 441.3文献标识码：A文章编号：1006-7973（2011）09-0211-02组合截面梁在桥梁工程实践中被广泛应用，如大跨径钢管混凝土拱桥，梁桥的加固等。
形成组合截面梁的方式和方法很多，在研究和计算过程中出现很多分歧，有分两种截面，有采用等效刚度法等理论进行研究。
各种方法理论根据不一，结论差别加大。
为了提高工程结构计算的安全和可信性，笔者根据梁的平截面假设以及有限单元法的基本理论获得组合截面梁的截面属性计算、初应变计算和内力分配计算方法。
一、组合截面的形式组合截面即不同材料拟合在同一截面内，常见的以钢混为主。
我们这里这里提到的组合截面是一个广义的组合截面，既包括钢——混凝土这样的叠合梁组合截面，也包括钢筋混凝土和预应力混凝土这样的组合截面。
所以，本文档所述的分截面指的就是钢材分截面、混凝土分截面或者是钢筋分截面。
二、换算截面法组合截面分析常规采用换算截面法[1]，其主要原则是首先选定一种截面当做主截面，其他截面当做分截面，通过弹性模量比值的折换，将分截面换作虚拟的主截面块，得到等效的匀质材料换算截面，推导并建立相应的计算公式。
换算截面法有如下两个假定[1]：（1）虚拟主截面块仍居于原分截面的形心处且应变相同（2）虚拟主截面块与原分截面承担的内力相同ct s ct sεεκκ==（1）ct s ct sF F M M ==（2）式中：ct ε—替换分截面的虚拟主截面块的形心轴向应变；s ε—分截面的形心轴向应变；K ct —替换分截面的虚拟主截面块的形心曲率应变；K s —分截面的形心曲率应变；F ct —替换分截面的虚拟主截面块的形心轴向拉力；F s —分截面的形心轴向拉力；M ct —替换分截面的虚拟主截面块的形心弯矩；M S —分截面的形心弯矩；F ct 、F s 、M ct 、M S 的表达式如下：ct c t ct ct s s s s ct ct ct c t s s s sF E A F E A M E I M E I εεκκ====（3）式中：E S —分截面的弹性模量；A S —分截面的面积；I S—分截面的惯性矩；E ct —替换分截面的虚拟主截面块的弹性模量；A ct —替换分截面的虚拟主截面块的面积；I ct —替换分截面的虚拟主截面块的惯性矩；将式（1）和式（3）代入式（2）并整理得：ct sc s A n A =（4）ct sc sI n I =（5）式中，sc n 为换算截面的面积换算系数：sc s ctn E E =（6）由以上结论可以得出由n 个截面组成的梁单元的截面常数为：组合截面形心位置：()()()()1111nnctictiiii i nn ctct iii i A y A z y z A A ======∑∑∑∑（7）式中，iy 、i z 为第i 个分截面的形心位置。
有限元分析弹性梁
有限元分析弹性梁摘要：本文首先通过对比有限元方法和基本梁理论结果，分析Euler-Bernoulli 梁元素和Timoshenko梁元素分别适合应用在细长梁和深梁，同时为深梁建立2D 模型，比较不同元素类型与梁理论计算值的差异。
关键词：有限元，2D模型，细长梁，深梁1 对比有限元分析法与基本梁理论结果1.1基本梁理论假设梁的弹性参数：杨氏模量E =2.1*1011N/m2和泊松比v= 0.3，通过基本梁理论绘制两种梁在加载力条件下的剪切力和弯矩，并计算考虑剪切变形和不考虑剪切变形的两种情况下计算最大挠度。
利用公式：细长梁考虑剪切变形的情况下，1.2有限元分析及理论值对比分析結果使用有限元方法用Euler-Bernoulli（B23）和两种Timoshenko元素（B21和B22）对深梁和细长梁进行分析，通过比较和理论值的差值判断哪种元素适合用在于细长梁，哪种元素更适用于深梁，同时，为了说明梁元素个数对有限元结果的影响，在这两种梁元素情况下，均对梁进行网格化，分为2个元素和10个元素。
其中B23：平面中的双节点立方梁，B21：平面中的双节点线性梁，B22：三节点二次梁。
根据有限元分析结果，与细长梁、深梁的挠度理论值进行比较，计算分析结果与理论偏差之间的百分比差异，对于Euler-Bernoulli元素（B23，2元素个数），挠度与细长梁理论值百分比差异：在考虑剪切变形的情况下为-0.41%，不考虑剪切变形则无差异，然而与深梁理论值差异在考虑剪切变形时却为-9.71%，不考虑情况下为0%。
对于Timoshenko元素（B21，2元素个数）情况下，与细长梁在考虑剪切变形的情况下差异是24.64%，不考虑情况下为24.33%，与深梁在考虑剪切变形的情况下差异是1.055%，不考虑情况下为8.82%。
通过对比可以得出，Euler-Bernoulli更适合用于细长梁。
对于细长梁，当且情况下，通常忽略梁内部的剪切变形，与Euler-Bernoulli梁单元的理论相符，且在Euler-Bernoulli梁元素理论中，横截面总是垂直于中性轴，偏转即为。
桥梁的有限元分析
《讲座论文》OlANG UNIVERSITY 简述有限元模式下的桥梁结构分析 建筑工程学院 交通土建 李新平 谢涛 20072201012 路桥083班 论 文题 目: 所 属院 系: 专业: 指 导老 师: 学 生姓 名: 学号: 班级: 上 交日 期: 成绩:2010年12月6日简述有限元模式下的桥梁结构分析班级：路桥083 姓名：谢涛学号：20072201012 前言有限元法(finite element method)是一种高效能、常用的计算方法。
有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中(这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系)。
自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerki n)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系。
基本思想：由解给定的泊松方程化为求解泛函的极值问题。
关键词结构划分分割单元分析一、有限元运用原理在过去的30年里，有限元法作为一种通用工具在物理系统的建模和模拟仿真领域已经得到了广泛的接受。
在许多学科它已经成为至关重要的分析技术，例如结构力学、流体力学、电磁学等等。
1 、结构有限元法的基本原理：结构有限元法的基本思想是将连续弹性体的求解的区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。
由于单元能按不同的联结方式组合，且单元本身又可以有不同的形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。
有限元法的基本思想就相当于高等数学中的微积分。
例如：求某复杂区域的面积，按照数学方法是先将复杂区域的面积分为小块，然后按一定的方法对这些小块进行叠加求和，构成积分的计算式进行计算。
因此在结构有限元的基本思想，按通俗的说法就是：对于复杂连续弹性体的求解的问题，先从该连续体中选取微小单元体，然而按照能量守恒原理将这些微小单元进行整合建立线性求解方程来进行求解。
钢-混凝土组合梁受力性能试验研究和有限元分析的开题报告
钢-混凝土组合梁受力性能试验研究和有限元分析的开题报告一、研究背景与意义钢-混凝土组合梁是一种将钢结构和混凝土结构组合在一起的结构形式，具有承载力强、稳定性好、施工方便等优点，被广泛应用于建筑结构中。
然而，由于组合梁结构的特殊性质，其受力性能存在很多复杂因素，需要进行深入研究。
因此，开展钢-混凝土组合梁受力性能试验研究和有限元分析，对于掌握组合梁结构的力学行为、提高其受力性能具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容和目标1. 研究内容（1）总体研究思路和研究方法：分析组合梁结构的受力行为及其影响因素，并建立相应的受力模型，进行有限元分析和试验研究。
（2）设计试验方案：确定试验的参数、试验方法、试验数据的测量及分析方法等。
（3）进行试验：按照设计的试验方案进行实验，记录实验数据。
（4）有限元分析：在ANSYS软件平台下，建立组合梁受力模型，进行有限元分析，模拟组合梁在不同工作状态下的受力性能。
2. 研究目标（1）分析钢-混凝土组合梁的受力行为：分析组合梁受力过程中的受力机理、变形和破坏模式等。
（2）确定组合梁结构的优化设计方案：通过试验和有限元分析，掌握组合梁的受力性能规律，为优化组合梁的设计提供理论依据。
（3）掌握组合梁的实用性能：通过试验研究，获得钢-混凝土组合梁的实用性能数据，为其在实践中的应用提供参考。
三、研究方法1.试验方法本研究将采用钢筋混凝土组合梁的试验方法，其中包括：梁的制作、试件的测量、载荷施加和数据采集等。
2.有限元分析将利用ANSYS软件平台，建立钢-混凝土组合梁的有限元模型，并模拟不同工作状态下的受力性能，进而得出有关的分析结果。
四、预期成果与意义本研究将在试验以及有限元分析两个方面，深入研究钢-混凝土组合梁的受力性能，得到组合梁结构的受力性能规律、变形和破坏机制等方面的知识。
通过本研究的成果，可以为提高现有组合梁结构的抗震性、降低建筑工程建设成本、提高航空、公路桥梁、港口码头和大型市政工程建设的安全保障等领域提供强有力的技术支持。
ansys--土木工程类
-14.808 -11.825
-8.842 -5.86
-2.877 .105345
-65.483 -46.696
-27.91 -9.123
9.664 28.45
47.237 66.024
84.81 103.597
竖向变形
钢梁应力
系列讲座之6
分析实例3－单根简支组合梁
结构概况：单根简支组合梁。
P o
系列讲座之6
组合梁有限元分析
田春雨 清华大学土木工程系 2004.5.13
系列讲座之6
组合梁结构简介 弹性分析模型
分析实例1：组合梁桥 分析实例2：组合楼盖
塑性全过程分析模型
分析实例：单根简支组合梁
系列讲座之6
组合梁结构简介
建筑结构
桥梁结构
系列讲座之6
组合结构简介
按梁截面：箱形，工字型等
按结构形式：简支，连续等 按混凝土板形式：有板托，叠合板组合梁，压型钢 板组合梁
L/2 L/2
x
y o
分析目的：研究。 分析方法：全过程分析，考虑滑移。
系列讲座之6
分析实例3－单根简支组合梁
分析模型－单元
• 钢板shell43，混凝土板solid65，钢筋link8，栓钉combin39。 • 钢梁上翼缘shell单元节点与混凝土块单元节点在x方向通过弹簧 单元连接，其它自由度耦合。
壳钢钢
弹弹钢钢 y 壳钢钢
系列讲座之6
分析实例2－组合楼盖
分析模型
• 材料：钢与混凝土为线弹性，按规范取弹性模量。栓钉 所用beam4单元取一较大弹性模量使其没有变形，弹簧单 元刚度按栓钉刚度计算，根据实际栓钉数目与间距，在 模型中进行等效。 • 约束：各梁段均为简支。约束梁端腹板竖向和侧向平动 自由度。 • 荷载：自重，装修层重量，覆土自重，温度及混凝土收 缩，均布活荷载。
组合梁有限元分析
弹塑性力学及有限元法题目：分析如图1组合梁在F x、M x、F y、M y、F Z、M Z作用下应力和应变班级：机械研16学号：2160150xxx姓名：张xx1 模型的建立1.1 3D实体模型的建立本模型建模采用UG8.5，模型各尺寸如图1，模型实体如图2所示。
图1 模型二维图图2 模型三维图2有限元模型的建立2.1导入几何体模型建立分析项目，并选择分析单位为mm，如图3。
并将三维模型导入，如图4。
图3 建立分析项目图4 导入模型2.2添加材料库本模型材料选用钢，设置添加材料库，钢的弹性模量为2.06E11，泊松比为0.3，密度为7.85E3。
定义如图5，钢的各参数如图6所示。
图5 选定材料图6 钢参数2.3添加材料属性将定义的钢材料添加到模型中，如图7。
图7 添加材料属性2.4划分网格设置网格大小为10mm,生成网格，如图8，9所示。
图8 设置网格大小图9 生成网格2.5施加载荷与边界条件选择模型的底面为支撑面，如图10，并在模型的顶端施加一个1000Mpa的压力如图11，一个800N·mm的扭矩如图12.图10 设置支撑面图11 设置压力图12 设置扭矩2.6设置求解项设置求解选项为总变形量，等效应变，等效应力，最大主应变，最大主应力，如图13。
图13 设置求解项2.7求解经过求解可以得到所求的各云图，如图14，15，16，17，18。
图14 变形云图图15 等效应变云图图16 等效应力云图图17 最大主应变云图图18 最大主应力云图3 结论根据计算结果，统计数据如表1所示：表1：应力和应变极值类型Max Min应力17613MPa -6109.1MPa应变0.0701 -0.009。
钢板混凝土组合梁的非线性有限元分析
2、材料参数设置
在建立有限元模型后，需要为模型中的材料赋予相应的物理参数，如弹性模 量、泊松比、屈服强度等。对于钢板和混凝土这两种材料，其物理参数的取值应 参照相应的试验数据和规范标准。
3、计算分析
在完成材料参数设置后，需对有限元模型进行计算分析。常见的分析方法包 括静力分析、动力分析、屈服分析和蠕变分析等。在计算过程中，应选择合适的 求解器和算法，以保证计算结果的准确性和稳定性。同时，还需对计算过程进行 监控，及时处理可能出现的异常情况。
钢板混凝土组合梁的非线性有 限元分析
目录
01 一、背景介绍
03 三、计算结果
02 二、分析方法
04
（图1：应力分布云 图）
目录
05 （图2：位移云图）
07 四、结论与展望
06
（图3：模量分布云 图）
一、背景介绍
钢板混凝土组合梁是一种具有高强度、高刚度、耐久性强等特点的桥梁结构 形式，被广泛应用于各类桥梁工程中。然而，由于其复杂的力学行为和影响因素， 如钢板与混凝土之间的界面滑移、材料非线性等，其设计和分析仍面临一定挑战。 为了更好地理解和掌握钢板混凝土组合梁的性能，非线性有限元分析作为一种有 效的数值分析方法，被越来越多的研究者采用。
由图1可见，在设计荷载作用下，钢板混凝土组合梁的应力分布呈现出一定 的非线性特征，其中钢板和混凝土之间的界面处应力集中现象较为明显。
2、变形分析
通过对钢板混凝土组合梁进行非线性有限元分析，还可以获得其在荷载作用 下的变形情况。以某实际桥梁为例，其在承受设计荷载时的变形情况如图2所示。
（图2：位移云图）
二、分析方法
非线性有限元分析方法用于研究钢板混凝土组合梁的力学行为，主要包括建 立有限元模型、
钢-混凝土组合梁结构试验研究与有限元分析
钢-混凝土组合梁结构试验研究与有限元分析胡少伟;喻江【摘要】双箱钢-混凝土组合梁结构是一种新型钢-混凝土组合结构，具有较好的应用前景。
为研究该种组合梁的结构性能，并分析其强度和刚度的主要影响因素，设计了两根组合梁模型进行试验研究。
通过测试其跨中截面应变、纵向挠度、承载能力等参量来分析该组合梁的荷载应变曲线、荷载挠度曲线等。
借助有限元软件ANSYS 建立了组合梁的三维空间有限元模型，考虑材料非线性，对该组合梁模型进行了有限元分析。
分析结果与试验结果的比较分析表明，两者吻合良好，表明该研究对工程应用具有一定的指导作用和参考价值。
%The double - box steel - concrete composite beam structure is a new type of steel - concrete composite structure that has wide application prospect. In order to further investigate the mechanical performance of the composite structure and analyze the influential factors of strength and stiffness,two specimens model beam were designed and studied. Through the measuring pa-rameters such as the strain of mid - span cross - section,longitudinal deflection and bearing capacity,the loading - strain curve and loading - deflection curve were analyzed. By consideration of the material nonlinearity,a 3D model for the composite beam is established and analyzed by ANSYS. Finally,the comparative analysis between experimental test and finite element simulation is conducted,which shows a high correlative agreement with each other. This research has a certain guidance and reference value for engineering application.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】6页(P50-55)【关键词】双箱组合梁;试验研究;有限元模拟;对比分析【作者】胡少伟;喻江【作者单位】南京水利科学研究院材料结构研究所，江苏南京 210024;南京水利科学研究院材料结构研究所，江苏南京 210024; 河海大学土木与交通学院，江苏南京 210098【正文语种】中文【中图分类】TV335钢-混凝土组合结构经过近100 a的研究和发展，因其具有良好的受力性能已广泛应用于交通工程、桥梁工程、高层建筑工程等领域。
2004-03 双层弹性支承梁的有限元分析
由系统势能的一阶变分导出. 对于文中结构 ,系统势能Π包
括上层梁的弯曲应变能 Uu 、下层梁的弯曲应变能 Ul 、上层
与下层梁之间的离散弹簧应变能 Ud 、下层梁下部的
Winkler 基础应变能 Uw 和外荷载势能 V ,即
Π = Uu + Ul + Ud + Uw + V ,
(2a)
将系统进行有限单元离散后 ,系统势能 Π可用下式表示
δUui = δ{ qui }eT [ ku ]e { qui }e
(3)
其中{ qui }e 表示第 i 个上层梁单元的节点位移矢量列阵 ,
{ qui }e = [ yui y′ui yu( i+1) y′u( i+1) ]T ,δ{ qui }eT 表示{ qui }e
的一阶变分的转置 ,[ ku ]e 表示上层梁单元的弯曲刚度矩
系统的刚度矩阵可以将式个下层梁单元下部的winkler基础应变能uwj其中kwwinkler基础的弹性210系统的节点荷载列阵可以将式10winkler基础应变能uwj可以得到winkler基础导210成矩阵的对号入座法则建立致单元刚度矩阵kw双层弹性支承梁结构在上层长梁中点有竖直集中荷载作用试计算上层长梁中点和荷载对应下层短梁中点处的竖向位移及弯矩有关的计算参数如下42015622541310pa下层共有17下层每一根短梁与上层长梁之间均有根离散弹簧相连
δ δ - ]. yu( i +1) kd yl ( j+1)
yl ( j+1) kd yu( i +1)
(7)Leabharlann 第 j 个下层梁单元下部的 Winkler 基础应变能 Uwj
∫ =
l 0
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
弹塑性力学及有限元法
班级：机械研16 学号：216015XXXX 姓名：张应帅
题目：分析图1组合梁在F x、M x、F y和M y作用下应力和应变(载荷大小自己选择)。
图1弹性体的组合梁
其中，组合梁中各作用力与扭矩的值如表1，选择材料为钢各参数如表2，组合梁尺寸如图2。
表1原始数据
表2钢各参数
图2组合梁尺寸
说明：本次有限元分析实体建模采用UG8.5，用workbench14.0进行模拟仿真。
1建立三维实体模型
根据组合梁的尺寸，用UG绘制出组合梁的三维图并保存为.igs格式，如图3。
图3 UG三维图
2导入几何模型
打开workbench14.0的静力学分析模块，设置好建模单位并将UG绘制的三维模型导入到软件中，如图4，图5，图6。
图4 workbench静力学分析模块
图5设置长度单位
图6 UG模型导入workbench
3 添加材料库
选择材料为钢，钢的各参数在表2已给出，自定义材料属性，并添加到分析项目中如图
7，图8。
图7 定义参数
图8 参数设置
4 添加模型材料属性
设置分析单元并将材料设置为钢，如图9，图10。
图9 设置分析单元
图10 设置材料
5 划分网格
运行Mesh,画出网格如图11。
图11 网格图
6 施加载荷与边界条件
选择组合梁的底面为约束面，并对各方向施加压力和转矩，如图12，图13，图14，图15，图16.
图12 约束面图
图13 X方向载荷图
图14 Y方向载荷图
图15 X轴扭矩图
图16 Y轴扭矩图
7 结果后处理
在Solution工具栏中添加总变形、等效应变、等效应力、定向变形、最大主应变、最大主应力查看结果，如图17，图18，图19，图20，图21，图22，图23。
图17 工具栏
图18 总变形图
图19 等效应变图
图20 等效应力图
图21 定向变形图
图22 最大主应变图
图23最大主应力图
经过仿真分析，在受表1的载荷时，得到的最终结果如表3.
表3 结果。