civilfem介绍

在土木工程中的应用崔亚梅2009.03.17添加标题主题土木工程与有限元方法ANSYS/CivilFEM简介ANSYS/CivilFEM特色功能土木工程应用案例添加标题大型场馆添加标题交通设施添加标题岩土与交通工程添加标题超高层建筑添加标题桥梁工程添加标题水利与海洋工程添加标题现代土木工程与数值模拟发展趋势•土木工程：–设计大胆，体型复杂–新型结构与材料的大量采用–安全可靠性要求越来越高–结构设计与施工难度大•数值模拟：–平面问题到空间问题–线性问题到非线性问题–纯力学到多物理场耦合–单机计算到并行集群计算–平面图与数据表到可视化三维前后处理–CAD-CAE一体化添加标题ANSYS/CivilFEM简介覆盖土木行业所有分析需求的软件大坝、水工结构设计岩土结构设计桥梁结构设计钢结构、混凝土结构设计复合结构、特种结构设计添加标题•针对土木行业的前后处理：–完全内嵌于ANSYS–材料库和截面形状库（支持中国规范）–完备的荷载组合计算–规范校核与设计（支持中国规范）•针对土木行业的功能模块：–通用结构设计–岩土工程分析–桥梁结构分析–预应力混凝土–非线性混凝土CivilFEM功能综述添加标题快速建模多种方法定义梁截面模块化桥梁结构建模向导预应力施加线性/非线性计算及设计几何非线性、材料非线性、单元非线性工程结构施工过程模拟混凝土结构、钢结构验算及设计（包括中国规范）静力/动力模态、时程响应、谐响应、随机振动反应谱计算细部设计屈曲计算、节点详细设计……ANSYS/CivilFEM特色功能添加标题快速建模－通用土木工程结构高级几何建模最先进的网格技术添加标题快速建模•按规范定义材料•多种方法定义梁截面添加标题快速建模•桥面系建模向导•悬索桥建模向导•斜拉桥建模向导•拱桥建模向导添加标题快速建模•预应力施加由规范设置预应力拉索根据规范计算预应力损失施加预应力到有限元模型上各种工程结构添加标题几何非线性•大变形(大位移/大转动)•大应变•应力刚化•……添加标题材料非线性•19种弹塑性模型：–双线性/多线性/非线性(Chaboche)＋各向同性/(Hill)各向异性＋随动硬化/各向同性硬化塑性（共12种）–非线性随动硬化组合双线性/多线性/非线性＋各向同性/(Hill)各向异性＋各向同性硬化塑性（共6种）–非均匀(Hill)各向异性塑性•13种粘塑性模型–Anand模型–双线性/多线性/非线性＋各向同性/(Hill)各向异性＋Perzyna/Peirce＋各向同性硬化粘塑性（共12种）•岩土、混凝土材料：DP模型、混凝土开裂模型、徐变、5参数破坏准则•19种蠕变模型–显式/（应变硬化、时间硬化等13种）隐式＋各向同性/(Hill)各向异性纯蠕变（共4种）–显式/（13种）隐式＋双线性/多线性/非线性＋各向同性/(Hill)各向异性＋各向同性硬化蠕变（共12种）–（12种）隐式＋双线性＋各向同性/(Hill)各向异性＋随动硬化蠕变（共2种）–膨胀＋显式•2种粘弹性模型：带多种选项的Maxwell和Prony模型•9种超弹性模型–Mooney-Rivlin、Ogden、Neo-Hookean、PolynomialForm、Arruda-Boyce、Gent、Yeoh–Blatz-Ko(Foam)和Ogden(Foam)（适用于泡沫材料）•其他专门材料……70多种非线性材料本构！添加标题接触非线性丰富的接触类型良好的耦合特性完善的接触算法结构件－支撑钢结构节点岩体节理砼－钢筋握裹岩体－衬砌……单元非线性添加标题单元非线性•施工过程模拟–单元生死大坝浇注过程应力变化斜拉桥施工过程弯矩和挠度变化添加标题钢结构规范验算及设计•规范–EUROCODE3(European)–EA(Spanish)–AISC-LRFD(American)–BritishStandard5950:1985–BritishStandard5950:2000–ChineseCodeGB50017-2003–Others添加标题钢结构规范验算及设计•验算单元是否满足规范要求添加标题混凝土结构规范验算及设计•规范–EUROCODE2–ACI318–EHE–CEB-FIP(ModelCode)–BritishStandard8110–Australiancode(AS3600)–Chinesecode(GB-50010)–Utilityforeasilyintroducinglocalcodes•要求–Axial+BiaxialBendingInteractionDiagram(3D)–Axial+BiaxialBendingChecking–Axial+BiaxialBendingDesign–Shear&TorsionChecking–Shear&TorsionDesign–ShellReinforcement添加标题动力学通用结构动力学时域动力学瞬态动力分析外载荷、边界条件、结构空间位置等随时间任意变化，同时需考虑惯性效应。频域动力学求解运动方程直接积分法模态叠加法全方法凝聚法全方法凝聚法管道高速冲击金茂大厦时程计算添加标题模态分析自然频率和模态阻尼条件下的复模态预应力模态谐响应分析结构在正弦变化载荷作用下的响应－共振分析。谱分析当载荷与时间的关系非常复杂，甚至由于这种关系是随机的、无法准确描述时，可将这种载荷与时间的复杂关系转化为载荷谱与频率的简单关系来进行分析。分析类型：响应谱(单点、多点、DDAM)随机振动(单点或多点PSD谱)谱值类型：力、位移、速度、加速度地震功率谱（PSD）动力学添加标题ANSYS参数设计语言－APDL•参数化实现ANSYS全部功能，•高级计算语言•程序自动控制ANSYS•实现模型的参数优化添加标题地下工程与ANSYS•路基工程设计特点：–涉及很多岩土力学问题–重点非线性与本构模型–经验估计误差较大•ANSYS岩土结构设计：–岩土有限元模型–岩土本构与非线性–边坡稳定性–地下结构设计–渗流与固结添加标题地基土层快速定义•自动生成土层：–根据材料库定义分层土属性–自动计算地基刚度、土压力等考虑水位影响定义每层属性添加标题挡土墙分析•自动生成侧向土压力•考虑水位、上部荷载•挡土墙设计：•结构配筋计算•锚杆强度设计1XYZ添加标题地下结构设计•混凝土衬砌结构设计–回填过程模拟–衬砌内力计算–衬砌配筋设计添加标题边坡稳定性及渗流分析•边坡稳定性分析–Fellenius、Bishop或Janbu法，–有限元法•Civilfem渗流分析–针对2D情况快速分析–计算水头和核心水压、饱和线–与边坡稳定分析结合添加标题渗流分析分类•有压渗流：–ANSYS热分析等效渗流分析–Civilfem模块直接求解拉普拉斯方程•自由液面问题：（浸润线计算）–Civilfem模块直接求解添加标题ANSYS+Flac3D•ANSYS建立有限元模型添加标题ANSYS+Flac3D添加标题土木工程应用案例•瓦伦西亚艺术中心•施工过程模拟添加标题应力:State1应力:State4模型:State8地上公用建筑－瓦伦西亚艺术中心添加标题地上公用建筑－国家体育场国家体育场横向和纵向模态分析•国家体育场添加标题地上公用建筑－国家体育场•局部分析为了减轻钢结构自重,对受力较小的次结构构件考虑施加劲肋加肋薄壁箱形构件的轴向力－轴向变形曲线箱形薄壁构件塑性区添加标题69243个单元、55907个节点地上公用建筑－成都市政府新楼•成都市政府中心4号楼：–模态分析–谱分析–中震下弹性时程分析–大震下弹塑性时程分析-100-50050100010203040t(s)a(gal)添加标题岩土工程•边坡稳定性分析–Fellenius、Bishop或Janbu法，–有限元法•考虑渗流作用和水位添加标题总结土木工程与有限元方法ANSYS/CivilFEM简介ANSYS/CivilFEM特色功能土木工程应用案例