ANSYS钢筋混凝土板受力分析

图 1-3 板网格模型
（2）划分刚性垫片网格。 路径 1：Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default Attribs 路径 2：Menu>Preprocessor>Meshing>Size Ctrls>Manual Size>Lines>Picked Lines 路径 3：Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Mapped>4-6sided 执行路径 1，在弹出的 Meshing Attributes 对话框中，设定刚性垫片单元对应的材 料、单元类型都为 2 号。 执行路径 2，选择 4 个刚性垫片沿 Z 方向的四条侧边线，单击 OK 按钮，在弹出 的 Element Sizes on Picked Lines 对话框中，设置网络划分控制份数 NDIV 为 1， 单击 Apply 按钮，然后选择 4 个刚性垫片模型上沿 X 和 Y 方向的边界线，设置 网格划分控制份数为 2，单击 Close 按钮关闭对话框。 执行路径 3，选择 4 个刚性垫片体，完成网格划分，完成后的模型如图 1-4 所示。
钢筋混凝土板受力分析
1.问题的描述 某矩形截面钢筋混凝土板在中心点处作用-2mm 的位移荷载，要求采用整体 模型分析板的受力、变形、开裂等情况。已知条件如下： 材料性能： （1）混 凝 土 弹 性 模 量 E 24GPa ， 泊 松 比 0.2 ， 单 轴 抗 拉 强 度
f t 3.1125 MPa ，裂缝张开传递系数 0.35，裂缝闭合传递系数 1，关闭压碎开关。
图 1-4 有限模型
（3）合并、压缩重复节点的单元。 路径 1：Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items 路径 2：Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers 执行路径 1 ，打开 Merge Coincident or Equivlently Defined Items 对话框， Label 选项选择 All,单击 OK 按钮完成编号的合并。 执行路径 2，打开 Compress Numbers 对话框，Label 选项选择 All,单击 OK 按钮 完成编号的重排列。 1.4 加载并求解 （1）边界条件 路径 1：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Areas 路径 2：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes 执行路径 1，选择支座刚性垫片上 Z=-50 的面，将所有自由度约束。 执行路径 2， 选择施加外载的混凝土板的中心 Z=100 的面的节点， 施加 Z 负方向 -2mm 的位移。 （2）设置分析选项
（2）钢筋为双线性随动硬化材料，弹性模量 E 200GPa ,泊松比 0.25 ,屈服 应力 0.2 360MPa ，硬化斜率为 20000，配筋率为 0.01，沿长度方向和宽度方向 放置钢筋。 截面尺寸：长 1.0m，宽 1.0m，高 10cm。 建模假设： 不考虑混凝土的压碎， 为了使计算顺利收敛， 在支座处增加刚性垫片。 2.建模 （1）进入 ANSYS，进入时设置工程名为 rc_board。 （2）定义分析类型为结构分析。执行路径 Main Menu>Preferences,在弹出的对 话框中选择 Structural,单击 OK 按钮。 （3）定义单元类型。路径：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/ Delete。 执行路径， 在弹出的 Element Type 对话框中单击 Add 按钮， 在新的 Library of Element Type 对话框中选择单元为 1 号单元（用于混凝土模型） 。采用相同的 方法定义 SOLID45 单元为 2 号（用于刚性垫片模型） 。完成后选择 type 1 SOLID65，再单击按钮，在弹出的 SOLID65 Element Type Options 对话框中，在 K5 下拉选项中，选择 Ingtegration Pts，在 K6 下拉选项中，选择 Ingtegration Pts， 单击 OK 按钮，再单击 Close 按钮关闭对话框。 Main Menu>Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete （4）定义实常数。 路径： 。 执行路径， 在弹出的 Real Constants 对话框中单击 Add 按钮， 在新的 Element Type for Real Constants 对话框中选择 SOLID65 单元,单击 OK 按钮,在新的对话框 VR1=0.01， THETA1=90， PHI1=0， MAT2=2,VR2=0.01, 中填入数值， 使得 MAT1=2， THETA2=0,PHI1=0,单击按钮，再单击 Close 按钮关闭对话框。 （5）定义材料属性。 路径 1：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models 路径 2：Material Models Available>Structural>Linear>Elastic>Isotropic 路径 3：Material Models Available>Structural>Nonlinear>Inelastic>Non-metal Plasticity>Concrete
图 1-5 第一主应力分布
裂纹分布情况 路径：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Concrete Plot>Crack/Crush 执行路径， 开裂位置为积分点， 选择所有裂纹， 得到图 1-6 所示的裂纹分布情况。
路径：Main Menu>Solution>Analysis>Sol’n Controls 在对话框中，打开大变形开关，对于 Basic 选项卡设置加载子步为 100，结果输 出频率为 Write every substep；在 Nonlinear 选项卡中设置最大循环次数为 40。单 击 Set Convergence Criteria...按钮，在弹出的对话框中单击 Replace 按钮，在 Nonlinear Convergence Criteria 对话框的 Tolerance about Value 项中输入 0.05，然 后单击 OK 按钮，再单击 Close 按钮完成。 （3）选择所有元素。 路径：Utility Menu>Select>Everything (4)求解。 路径：Main Menu>Solution>Solve>Current LS 1.5 计算结果及分析 计算完成后将从以下几方面对混凝土开裂问题进行分析。 第一主应力等值线分布 路径 1：Utility Menu>PlotCtrls>Device Options 路径 2：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu 执行路径 1，将 Vector mode 打开；执行路径 2，选择节点的第一主应力 SI，单 击 OK 按钮，得到 1-5 所示的分析图。
图 1-2 垫片完成后的模型
1.3 网格划分 先划分网格混凝土模型的网络，然后再划分刚性垫片模型的网络，步骤如下。 （1）划分混凝土网格 路径 1:Menu>Preprocessor>Meshing>Size Ctrls>Manual Size>Lines>Picked Lines 路径 2：Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Mapped>4-6sided 执行路径 1 ，选择模板型沿 Z 方向的 4 条侧面边线，单击 OK 按钮。在弹出的 Elements Sizes on Picked Lines 对话框中，设置网格划分控制份数 NDIV 为 2，单 击 Apply 按钮， 然后选择沿 X 河 Y 方向的边界线， 设置网格划分控制份数为 20， 单击 Close 按钮关闭对话框。 执行路径 2，选择模板，完成划分网格，如图 1-3 所示。
路径 4：Material Models Available>Structural>Nonlinear>Inelastic>Rate Independent>Kinametic Hardening Plasticity>Mises Plasticity>Bilinear 执行路径 1， 在 Define Material Model Behavior 对话框的菜单栏选择 Material，并 单击 New Model，增加一个材料模型。选择 Material Models Number 1，执行路 径 2，设置弹性模量为 2.4e4，泊松比为 0.2，单击 OK 按钮完成。执行路径 3， 打开 Concrete for Material Number 1 对话框，并在前 4 个文本框位置填入 0.35、 1.0、3.1125、-1，单击 OK 按钮完成。 选择 Material Models Number 2， 执行路径 2， 设置弹性模量为 2e5， 泊松比为 0.25. 执行路径 4， 打开 Bilinear Isotropic Hardening for Material Number 2 对话框， 然后 在 Yield Stss 文本框输入 360，在 Tang Mod 文本框输入 20000，单击 OK 按钮完 成，最后退出材料属性定义对话框。 （6）建立板几何模型。 路径： Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes >Block>By 2 Corners&Z。执行上述路径，在 Block By 2 Corne...对话框中分别 使 Width=1000,Height=1000,Depth=100,单击 OK 按钮得到长方体。 （7）改变显示模型。 路径 1：Utility Menu>PlotCtrls>Pan-Zoom-Rotate 路径 2：Utility Menu>PlotCtrls>View Settings>Angel of Rotation 执行路径 1，单击 ISO 按钮，以正等轴测图显示几何模型。 执行路径 2，在 THETA 项中输入 240，单击 OK 按钮，得到图 1-1 板模型。
பைடு நூலகம்
图 1-1 整个板模型
（8）创建刚性垫片几何模型。 路径：Utility Menu>WorkPlane>OffsetWp by Increments 重复第（ 6）步的路径，在文本框使 Width=100,Height=100,Depth=-50,单击 OK 按钮得到第一个支座垫片长方体。 执行第（8）步的路径，弹出对话框，在 X,Y,Z Offsets 项中输入 1000，然后单击 OK 按 钮 ， 即 工 作 平 面 沿 X 方 向 平 移 1000 。 重 复 第 （ 6 ） 步 的 路 径 ， 使 Width=-100,Height=100,Depth=-50,单击 OK 按钮得到第二个支座垫片长方体。 执行第（8）步的路径，在 X,Y,Z Offsets 项中输入“0,1000,0” ，然后单击 OK 按 钮，即工作平面沿 Y 方向平移 1000。执行第（ 8）步的路径，在 X,Y,Z Offsets 项中输入“-1000,0,0” ，然后单击 OK 按钮，即工作平面沿 X 方向平移 1000。重 复第（6）步的路径，使 Width=100,Height=-100,Depth=-50,单击 OK 按钮得到第 四个支座垫片长方体。 完成后的模型如图 1-2