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通用有限元软件理论及应用（五）非线性分析,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-77,用一系列的线性过程逼近结构刚度的改变过程；当上述线性逼近过程偏离实际过远时，采取某种叠代过程进行 修正，以保证结果在控制的精度内；即使如此，也不能保证所有的非线性问题都能顺利求解！,非线性问题求解的基本策略,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-78,非线性材料模型的定义,弹塑性材料属性的定义钢筋混凝土材料 Solid65 单元属性的定义,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-79,非线性材料模型的定义,定义弹塑性材料属性的GUI命令操作执行 Main Menu Preprocessor Material Models 弹出材料模型定义对话框 Define Material Model Behavior，先定义线弹性材料属性如下图：,线性、弹性、各向同性,弹性模量、泊松比,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-80,非线性材料模型的定义,定义弹塑性材料属性的GUI命令操作（续1）然后按下图方式定义弹塑性材料属性：选取非线性（Nonlinear）材料模型，非弹性（Inelastic），应变率无关（Rate Independent）材料中运动强化弹塑性材料（Kinematic Hardening Plasticity），应力应变关系取双线性模型。在材料参数输入窗口中，填入屈服应力值 235 MPa，塑性切线模量值 2.1e10.,非线性,非弹性,应变率无关,双线性,运动强化,屈服应力,塑性切线模量,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-81,非线性材料模型的定义,定义弹塑性材料属性的命令流（续2）!定义线弹性材料属性MP,EX,1,2.10E+11MP,DENS,1,7800MP,PRXY,1,0.3!定义弹塑性材料属性TB,BKIN,1,1,2,1!塑性强化规则TBTEMP,0TBDATA,2.35E8,2.10E10,!弹塑性参数,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-82,非线性材料模型的定义,定义混凝土材料属性GUI命令操作（Solid65单元）,先定义线弹性材料属性，然后再定义混凝土材料属性：选取非线性（Nonlinear）材料模型，非弹性（Inelastic），非金属塑性材料（Non-metal Plasticity）,混凝土材料（Concrete）。弹出混凝土材料属性参数对话框。,非线性,非弹性,非金属塑性材料,混凝土材料,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-83,定义混凝土材料属性GUI命令操作（续1）混凝土材料属性参数对话框中各参数的物理意义：,1）张开裂缝剪力传递系数；2）闭合裂缝剪力传递系数；3）单轴抗拉强度；4）单轴抗压强度；5）双轴抗压强度；6）与参数 7、8联合使用的围压值7）在参数 6给定围压下的双轴抗压强度；8）在参数 6给定围压下的单轴抗压强度；9）受拉开裂后的刚度折减因子。,非线性材料模型的定义,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-84,非线性材料模型的定义,定义混凝土材料属性的命令流（续2）!定义线弹性材料属性mp,ex,1,1.54E+10mp,dens,1,2500mp,prxy,1,0.2!定义 Solid65 混凝土材料属性TB,CONCR,1,!指定混凝土材料TBTEMP,0TBDATA,0,0,2.43e6,2.5e7,!混凝土材料参数!定义单元的 Real constant R,1,2,0.1,0,0,2,0.2,RMORE,0,90,!指定混凝土单元配筋状况,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-85,非线性求解过程基本参数的设定,静力非线性求解过程的基本控制参数,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-86,非线性求解过程基本参数的设定,静力非线性求解过程的求解选项（1）,选择求解器,留存的重启动文件数,重启动文件的记存频度,非线性求解过程基本参数的设定,非线性求解过程的求解选项（2）,加速算法选择,控制指标取值,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-88,如何解释结果,与建模过程的基本假设相呼应 关注受力变形过程中状态改变的关键点 注意结果的有效范围,非线性分析 1-大挠度拱梁,说明浅拱受到跨中载荷为 20,000N的作用。用线性和非线性（大挠度）两种分析分别确定跨中位移，比较它们的结果。,非线性分析 1-大挠度拱梁,载荷和材料属性,非线性分析 1-大挠度拱梁,1.按指定的工作目录用“beamarch”作为作业名，进入ANSYS。2.建议您按步骤 3-12建立模型,如果您不愿意这样做的话，可以恢复已存在的数据库(beamarch.db1)，直接跳到步骤13。Utility Menu File Resume from 或使用命令:RESUME,beamarch,db13.在整体柱坐标系中定义四个关键点:关键点1的坐标(1270,75),关键点2的坐标(1270,90),关键点3的坐标(1270,105),关键点4的坐标(1270sin45,90).关键点4 是方向关键点.Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global CylindricalMain Menu Preprocessor-Modeling-Create Keypoints In Active CS Utility Menu Parameters Angular Units.或用命令:/PREP7CSYS,1$K,1,1270,75$K,2,1270,90 K,3,1270,105$*AFUN,DEG$K,4,(1270*SIN(45),90,非线性分析1-大挠度拱梁,4.在关键点1和关键点2间定义线（弧），在关键点2和3间定义线:Main Menu Preprocessor-Modeling-Create-Lines-Lines In Active Coord+或用命令:L,1,2L,2,35.定义单元类型为 BEAM189,定义材料特性(EX=210e3 MPa,PRXY=0.3):Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic-Isotropic或用命令:ET,1,BEAM189$MP,EX,1,210E3$MP,PRXY,1,0.36.约束关键点1和3UX,UY和 UZ位移,约束关键点2UZ位移:Main Menu Preprocessor Loads-Loads-Apply-Structural-Displacement On keypoints+或用命令:DK,1,UX,0,UY,UZDK,3,UX,0,UY,UZDK,2,UZ,0,非线性分析1-大挠度拱梁,7.在关键点2的-Y方向上施加20000N的力:Main Menu Preprocessor Loads-Loads-Apply-Structural-Force/Moment On keypoints+或用命令:FK,2,FY,-20000,非线性分析1-大挠度拱梁,8.定义梁的截面:Main Menu Preprocessor Sections-Beam-Common Sectns.ID=1Sub-Type=Offset=CentroidB=25H=12.5按 OK或用命令:SECTYPE,1,BEAM,RECTSECOFFSET,CENTSECDATA,25,12.5,非线性分析1-大挠度拱梁,9.指定线的属性,包括线的定位关键点:Main Menu Preprocessor-Attributes-Define All Lines.MAT=1TYPE=“1 BEAM189”SECT=1选择定位关键点为“yes”按 OK拾取关键点,然后按 OK或用命令:LATT,1,1,4,1,非线性分析1-大挠度拱梁,10.在所有线上设置单元分割数为10:Main Menu Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-ManualSize-Lines-All Lines.或用命令:LESIZE,ALL,1011.对所有线进行网格划分:Main Menu Preprocessor-Meshing-Mesh Lines+或用命令:LMESH,ALL12.设置/ESHAPE为“on”,/EFACET为2,然后画出单元:Utility Menu PlotCtrls Style Size and Shape.或用命令:/ESHAPE,1/EFACET,2EPLOT,非线性分析 1-大挠度拱梁,13.存储数据库并进行线性求解：Pick the“SAVE_DB”button in the Toolbar(or select:Utility Menu File Save as Jobname.db)Main Menu Solution-Solve-Current LS或用命令:SAVE/SOLUSOLVE14.选择节点2(跨中节点),进入通用后处理器POST1并列出节点位移:Utility Menu Select Entities.Main Menu General Postproc List Results Nodal Solution.或用命令:NSEL,S,2/POST1PRDISP,非线性分析 1-大挠度拱梁,15.选择全部实体，进入求解器，进行非线性求解:Utility Menu Select EverythingMain Menu Solution Soln Control.在分析选项中激活“Large Displacement Static”选项设定子步数=10按 OKMain Menu Solution-Solve-Current LS或用命令:ALLSEL/SOLUNLGEOM,1NSUBST,10SOLVE,收敛控制图,非线性分析 1-大挠度拱梁,16.列出节点2的位移:Utility Menu Select Entities.Main Menu General Postproc List Results Nodal Solution.或用命令:NSEL,S,2/POST1PRDISP,非线性分析 1-大挠度拱梁,17.选择全部实体，设置位移缩放比例为5,然后画出 UY位移:Utility Menu Select EverythingUtility Menu PlotCtrls Style Displacement Scaling Main Menu General Postproc Plot Results-Contour Plot-Nodal Solu 或用命令:ALLSEL/DSCALE,1,5PLNSOL,U,Y,非线性分析 1-大挠度拱梁,18.画出位移UY的动画:Utility Menu PlotCtrls Animate Deformed Results 或用命令:ANCNTR,10,0.519.存储并退出 ANSYS:Pick the“QUIT”button in the Toolbar或用命令:FINISH/EXIT,混凝土非线性计算实例（2）-MISO单压,MISO线性等向强化模型,混凝土非线性计算实例（3）-MISO约束压,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-105,二维平面单元应用实例,构件尺寸及材料特性说明如下图所示钢筋混凝土双肢剪力墙，材料参数统一取值如下：钢 筋：Es=2.11011 N/m2，s=0.30，屈服强度 y=2.35108 N/m2混凝土：Ec=3.01010 N/m2，c=0.20，抗拉强度 ft=2.6106 N/m2，轴心抗压强度 fc=2.5107 N/m2,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-106,二维平面单元应用实例,建模及计算规划 考虑混凝土与钢筋不同材料特性及钢筋分布对构件变形计算结果的影响，考虑材料非线性，采用弹塑性材料模型；假定构件处于平面应力状态；底梁及顶梁加厚处通过加大材料模量的方式模拟；非线性分析叠加原理不成立，墙肢轴压作用效应对结果有影响（模拟高 层结构自重效果）；可以采用二种计算模型进行比较：模型1：均匀化钢筋混凝土模型（等效模量法）；模型2：离散的钢筋混凝土模型（分离式），可反映配筋位置的影响。单元划分：确定最低网格密度！,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-107,模型1：等效模量法,二维平面单元单元应用实例（续1）,墙肢 X向配筋率：1.0%；Y向配筋率：1.5%；双向平均取 1.3%；连梁 X向配筋率：2.9%；Y向配筋率：0.7%；双向平均取 2.0%；单元选择：混凝土采用 PLANE42 单元模拟;顶部加载端加强部位及底梁均认为近似于刚性，用人为增大材料弹 性模量的方法模拟；,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-108,模型2：离散化模拟,二维平面单元单元应用实例（续2）,单元选择：混凝土采用 PLANE42 单元模拟，钢筋采用 Link1 单元模拟;顶部加载端加强部位及底梁均认为近似于刚性，用人为增大材料弹性 模量的方法模拟；,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-109,双肢剪力墙建模过程实例 命令流,!用命令流生成 ANSYS 课教学练习-5 计算模型!模型1：等效模量法/prep7!定义单元类别ET,1,PLANE42!墙肢单元KEYOPT,1,3,3ET,2,PLANE42!连梁单元KEYOPT,2,3,3ET,3,PLANE42!刚性区单元KEYOPT,3,3,3!定义材料属性mp,ex,1,0.323E+9!墙肢混凝土 M01mp,dens,1,2570mp,prxy,1,0.2mp,ex,2,0.336E+9!连梁混凝土 M02mp,dens,2,2610mp,prxy,2,0.3mp,ex,3,0.30E+12!刚性区混凝土 M03mp,dens,3,2500mp,prxy,3,0.2,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-110,双肢剪力墙计算过程实例 命令流（模态分析）,!计算墙肢预应力/SOLU!*ANTYPE,0PSTRES,ON SOLVE FINISH!无预应力模态分析/SOLU!*ANTYPE,2MODOPT,LANB,40!Block Lanczos 法计算前 40 阶模态FINISH!施加预应力后的模态分析/SOLU!*ANTYPE,2MODOPT,LANB,40!Block Lanczos 法计算前 40 阶模态PSTRES,ONFINISH,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-111,双肢剪力墙计算过程实例 命令流（时程分析）,!时程分析命令流!*set,st,0.01*set,endpoint,100*dim,xforce,array,endpoint*vread,xforce(1),Seismic_x,txt(7F10.5)*VOPER,xforce(1),xforce(1),MULT,9.8,14 April 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L8-112,双肢剪力墙计算过程实例 命令流（时程分析）,!时程分析命令流（续）!/SOLU!*ANTYPE,4TRNOPT,FULL!*dim,shijian,array,endpoint*vfill,shijian(1),ramp,st,stNtm_star=1Ntm_end=100Ntm_incr=1*DO,Ntm,Ntm_star,Ntm_end,Ntm_incrTIME,shijian(Ntm)ACEL,xforce(Ntm),yforce(Ntm),NSEL,ALL!LSWRITE,NtmSOLVE*ENDDO,
