高层钢筋混凝土结构ABAQUS参数化建模方法

硕士学位论文高层钢筋混凝土结构ABAQUS参数化建模方法PARAMETRICMODELINGMETHODINABAQUSFORHIGHRISERCSTRUCTURE李江波哈尔滨工业大学2011年6月国内图书分类号：TU355学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文高层钢筋混凝土结构ABAQUS参数化建模方法硕士研究生：李江波导师：滕军教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2011年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU355U.D.C:624DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringPARAMETRICMODELINGMETHODINABAQUSFORHIGHRISERCSTRUCTURECandidate：LiJiangboSupervisor：Prof.TengJunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：CivilEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2011Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要-I-摘要随着材料本构理论研究和计算机技术的飞速发展，动力弹塑性分析已成为结构抗震性能分析中经常使用的方法。通用有限元软件ABAQUS由于拥有丰富的材料库和单元库，且具备高度非线性问题的求解能力，已成为结构动力弹塑性分析的主要工具之一。但目前，基于ABAQUS平台建立复杂高层结构模型十分繁琐，耗时耗力，这制约了ABAQUS在结构动力弹塑性分析中的应用。为提高ABAQUS的建模效率，本文基于参数化有限元的建模思想开发了结构模型转换程序，可以将设计软件MIDAS/GEN中的有限元模型转换为ABAQUS有限元模型，从而省略了ABAQUS的建模步骤，大大提高了复杂结构动力弹塑性分析的效率。首先，基于Python编程平台，以MIDASmgt文件和ABAQUSinp文件为对象，开发转换程序。基本思路为提取mgt文件中的结构模型信息，同时获取用户设定的ABAQUS分析信息，将各信息计算、分析、整合后写入可直接提交ABAQUS求解器计算的inp文件。其次，采用本文开发的转换程序，将五栋不同结构体系建筑的MIDAS模型转换为ABAQUS模型，通过对比各结构在两软件中的模态分析结果和弹性时程分析结果证明了该程序对模型节点、单元、材料、截面、荷载、配筋等信息的转换是完整正确的。昀后，基于12层钢筋混凝土标准框架Benchmark模型，将本程序应用于其原型结构的动力弹塑性分析中，通过对比动力弹塑性分析结果和Benchmark模型振动台试验结果，初步验证了该程序的有效性。进而，针对某酒店建筑分别采取手动建立和程序转换的方式得到其ABAQUS模型，通过罕遇地震作用下结构动力弹塑性分析结果和建模效率的对比，进一步验证了转换程序的有效性和高效性。关键词：动力弹塑性分析；ABAQUS；MIDAS；转换程序；PythonAbstract-II-AbstractWiththerapiddevelopmentofmaterialconstitutivetheoryandcomputertechnology,elasto-plasticanalysishasbeenadaptedtoperformstructure’sseismicpropertiesfrequently.ThegeneralfiniteelementsoftwareABAQUShasbecomeoneofthemosteffectivetoolstoperformelasto-plasticanalysis,foritsabundantmaterialandelementlibraryandhighnonlinearproblemssolvingability.Butitisverycumbersomeandtime-consumingtobuildABAQUSmodelsofcomplexstructures.TheapplicationofABAQUStoperformdynamicelasto-plasticanalysisisrestricted.Basedonparametricfiniteelementmodeling,thispaperdevelopsaconversionprogramwhichcanswitchfiniteelementmodelfromMIDAS/GENtoABAQUS.ThusthemodelinginABAQUSisomitted,andtheefficiencyofperformingdynamicelasto-plasticanalysisoncomplexhigh-risestructuresisgreatlyimproved.First,basedonMIDASmgtfileandABAQUSinpfile,usingpythonprogrammingplatform,developtheconversionprogram.Thebasicideaisextractingthemodelinformationfrommgt,andgettinganalysisinformationfromtheuser,thenconvertingtheinformation,atlast,writingtheinformationtoinpfilewhichcanbesubmittedtoABAQUSsolverdirectly.ConvertfiveMIDASmodelsofdifferentstructuralsystemtoABAQUSmodelsviatheconversionprogramandexecutemodeanalysisaswellaselastictime-historyanalysisinbothsoftwares.Thecomparisonofresultsprovesthattheconversionsofnodes,elements,material,crosssectionandloadingarecompleteandcorrect.Builda12-storyRCframestructuremodelinMIDAS,convertthemodeltoABAQUSelasto-plasticmodelandexecutedynamicelasto-plasticanalysisunderearthquake.Thecomparisonofelasto-plasticanalysisresultsandshakingtabletestresultsprovethattheconversionprogramiseffective.Buildelasto-plasticABAQUSmodelofahotelbuildingmanually,andthenbuildanotherABAQUSmodelviatheconversionprogramautomatically.Executedynamicelasto-plasticanalysisundersevereearthquakesforbothABAQUSmodels.Thecomparisonofresultsofthetwomodelsprovesthattheconversionprogramiseffectiveandefficient.Keywords:dynamicelasto-plasticanalysis,MIDAS,ABAQUS,conversionprogram,Python目录-III-目录摘要.......................................................................................................................IABSTRACT.............................................................................................................II第1章绪论..............................................................................................................11.1课题来源.................................................................................................11.2课题研究的背景和意义............................................................................11.3课题国内外研究现状...............................................................................31.3.1结构动力弹塑性分析国内外研究现状...................................................31.3.2参数化有限元建模国内外研究现状.......................................................41.4本课题ABAQUS参数化建模方法...........................................................81.5本课题研究的主要内容............................................................................8第2章转换程序的开发..........................................................................................92.1引言.........................................................................................................92.2转换程序概述..........................................................................................92.3有限元模型的转换.................................................................................112.3.1节点及单元信息的转换........................................................................112.3.2各构件截面配筋率的输入....................................................................142.3.3材料和截面信息的转换........................................................................182.3.4荷载的转换.................................