201601005-ANSYS有限元软件在某古建筑受力分析中的应用(作者修改20160224).doc

ANSYS有限元软件在某古建筑受力分析中的应用 摘要：古建筑材料特殊、结构复杂，在工程研究中较难分析其内部的应力分布，本文通过例子介绍ANSYS有限元软件在古建筑受力分析中的应用，以供工程人士参考。 关键词：有限元 古建筑 应力分布 中图分类号：TU31 文献标识码：B The Application of ANSYS Finite Element Software on Force Analysis for an Ancient Architecture Abstract: It’s difficult to analysis the stress distribution in the ancient architecture because of it’s complex structure and special materials, the analysis on the stress distribution of an ancient architecture is carried out in this paper for your reference. Keywords：Finite element, Ancient architecture, Stress distribution. 引言 近年来，随着社会经济的不断发展，加强对文物的保护，继承中华民族优秀的历史文化遗产由于古建筑建造年代久远，受当时条件所限，。要在勘查中，进行科学的分析计算，在论证的基础上，做出古建筑的判断[1][2]： 前处理阶段 总的来说，前处理阶段就是根据需要分析的古建筑的特性选用适当的元素，定义元素特性及材料性质、建立古建筑的实体模型并产生有限元模型。ANSYS中的元素种类以空间的立场来分类，可以分为点元素、线元素、面元素及体元素，除此之外，ANSYS的元素库中还包含许多其他的元素，例如以Surf开头的表面现象元素、以Cont开头的接触元素等。建模时应根据古建筑材料的性质及整体结构的受力特点，对古建筑的受力做合理的假设与简化，挑选出合理的元素种类，进入下一阶段的工作。选好了元素后，要对元素的特性进行设置，即设置Real Constant。元素的特性设置须以古建筑真实几何模型的特性及古建筑材料的特性为依据。 材料特性设置完后进入实体模型的建立，建立实体模型可采取从上而下（Top-Down）或从下到上（Bottom-Up）两种方法，在一个比较复杂的实体模型建模的过程中两种方法经常是混合使用的。实体模型建完后即可以通过对实体模型的网格划分把定义好的元素特性赋予实体模型，经过网格划分后的实体模型才可进行计算分析。 计算分析阶段 计算分析是ANSYS有限元分析的关键所在，这过程中用户须确定分析方式及其解法选项、设置约束边界条件、设置外力或能量源的边界条件以及设置输入/输出控制，然后由计算机执行求解。ANSYS有限元计算的前处理阶段完成后已经建立好了以下动态方程式：。计算分析阶段即通过计算机的计算解出该动态方程，并设置输出解的结果。需要注意的是设置边界条件与设置外力或能量源的边界条件须根据实际模型做合理的简化进行设置，使得计算结果尽可能接近建筑物的实际受力情况。 后处理阶段 后处理器最主要的任务是将有限元计算分析的结果以图形或文字的形式表现出来，以供判断分析之用。在文字输出的信息方面，包含节点及元素的变形量、应力及应变等数据。对构造简单的模型来说，所提供的文字信息或许已经足够。但对复杂的模型而言，庞大的文字信息反而造成用户无所适从的感觉，因此往往需要在图形情息中，利用颜色深浅变化的情况来分析建筑物的应力应变分布情况。在模型是线性分析的基础上，还可以在计算分析中对不同的工况进行分析计算，利用后处理技术读取多个工况组合计算的结果。 工程实例 工程概况 某土楼建于公元1912年（民国元年），1917年建造而成，占地5000平方米。该土楼的建筑结构奇特，圆楼外左右有对称的半月形馆相辅，外观建筑恰似一顶封建官吏的乌纱帽，主体是以我国神奇的八卦楼所布局，是楼中有楼的二环楼。外环楼是架梁式的土木结构，内环楼是砖木结构，有外土内洋之称。外环楼墙是当地取材的生土经加工后夯筑而成，墙内每10公分厚布满竹板式木条作墙筋，楼高19米。内外三环共有208个房间。第一层作厨房和饭厅，二层作粮仓，三、四楼则为卧室。每层楼有房间40间，配4付楼梯，按八卦方位设计，乾巽艮坤卦位为公共场所，分别为后厅、门厅和左右侧门；坎震况离卦方位为住房，各配楼梯，概设门户，户闭自成院落，卦门开连成整体，卦与卦之间设防火隔墙，建造成辐射状八等分，每封之间设有男女浴室和猪舍。具有卦门开即连成一体，卦门闭则自成小单元。 楼中楼是二层建筑的砖木结构，内有石雕柱脚、木刻门面，有琉璃瓦当