[交通运输]桥梁有限元仿真分析计算.ppt

桥梁有限元仿真分析计算 提 纲 目 录 一、结构有限元的基本原理 二、有限元分析计算软件简介 三、桥梁结构的有限元分析 四、桥梁结构的仿真分析 五、结语 一、结构有限元的基本原理 在过去的30年里，有限元法作为一种通用工具在物理系统的建模和 模拟仿真领域已经得到了广泛的接受。在许多学科它已经成为至关重要 的分析技术，例如结构力学、流体力学、电磁学等等。 1、结构有限元法的基本原理 结构有限元法的基本思想是将连续弹性体的求解的区域离散为一组 有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。由于单元能按 不同的联结方式组合，且单元本身又可以有不同的形状，因此可以模型 化几何形状复杂的求解域。 有限元法的基本思想就相当于高等数学中的微积分。例如：求某复 杂区域的面积，按照数学方法是先将复杂区域的面积分为小块，然后按 一定的方法对这些小块进行叠加求和，构成积分的计算式进行计算。 因此在结构有限元的基本思想，按通俗的说法就是：对于复杂连续 弹性体的求解的问题，先从该连续体中选取微小单元体，然而按照能量 守恒原理将这些微小单元进行整合建立线性求解方程来进行求解。 2、结构有限元求解问题 依据有限元法的基本思想，结构有限元求解问题可以分解为两个问 题，即单元分析和单元集合问题。 （1）单元分析 所谓单元分析就是对某一复杂求解的结构取微小单元进行分析，依 据其力学物理特性寻找描述该单元特性的数学函数。即通常说的描述该 单元变形的形函数。 如在结构力学上，某一构件的变形是与该构件的边界条件有关系。 由此可见，单元分析就是对单元构造一个适合的近似解，即推导有限 单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某 种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学 中称刚度阵或柔度阵）。 （2）单元集合 按照单元之间的联结方式，对整个求解问题系统进行整合。在弹性 力学中利用单元的内部势能力与外部作用势能一起守恒，建立内部单元 与外界作用之间的联系。 在结构力学中，如以某一杆件为单元，利用杆件与杆件之间联结的 节点的变形协调条件与力的平衡关系，则确定结构中各个单元与外部作 用相联系，即形成一组线形方程。 也就是单元集合是将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程 组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足 一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可 能的话）连续性建立在结点处。 （3）问题的求解 获得内部单元与外界作用之间的联系，即系统的总刚度矩阵。要对 问题的求解，则需要依据系统的外部条件求解出各个内部单元的变形状 态，依据内部单元的变形，确定内部单元的应力。 在结构力学中，则是利用结构的边界条件求出各个构件两端的变 形，然而依据两端变形得到单元的内力。 因此，有限元法是最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直 接法、选代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。 二、有限元分析计算软件简介 有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。 它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用 的一种有效的数值分析方法。有限元分析计算软件在桥梁结构中使用非 常广泛。将这些计算软件进行分类有： （1）桥梁设计的计算软件，如Midas/civil，GQJS（中规），桥 梁博士（同济），BRCAD（广市政） （2）通用的计算软件，ANSYS，ADINA，ABAQUS，SAP， ALGOR ANSYS软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算 机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。 ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性 分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。 1、 MIDAS/Civil软件简介 MIDAS/Civil是针对土木结构，特别是分析象预应力箱型桥梁、悬索 桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时可以做非线性边界分析、水化 热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析。 广泛的适用领域（1）、钢筋混凝土桥梁 : 板型桥梁、刚架桥梁、预应力桥梁 （2）、结合桥梁 : 钢箱型桥梁、梁板桥梁 （3）、预应力混凝土箱型桥梁施工过程 :