ANSYS对双层刚性道面板分析研究.docVIP

ANSYS对双层刚性道面板分析研究 　　1.ANSYS有限元软件的特点 　　ANSYS程序是美国ANSYS公司研制的大型有限元分析（FEA）软件，自1970年John Swanson博士洞察到计算机模拟工程应该商品化，创建了ANSYS公司以来，ANSYS程序已发展成为全球范围一个多用途的设计分析软件。ANSYS程序是一个功能强大的设计分析及优化软件包。与其它有限元分析软件如SAP或NASTRAN等相比，它有以下特点：（1）ANSYS是完全的WINDOWS程序，从而使应用更加方便；（2）产品系列由一整套可扩展的、灵活集成的各模块组成，因而能满足各行各业的工程需要；（3）它不仅可以进行线性分析，还可以进行各类非线性分析；（4）它是一个综合的多物理场耦合分析软件，用户不但可用其进行诸如结构、热、流体流动、电磁等的单独研究，还可以进行这些分析的相互影响研究，例如：热—结构耦合，磁—结构耦合以及电—磁—流体—热耦合等[1]。 　　2.ANSYS分析步骤 　　2.1荷载应力计算步骤： 　　（1）选定单元类型。 　　（2）设置材料的回弹模量、泊松比等参数。 　　（3）创建几何模型。 　　（4）对网格尺寸分析控制，分配单元属性，划分网格。 　　（5）施加动荷载。 　　（6）施加结构边界条件，耦合重合节点的结构自由度。 　　（7）求解，后处理查看结果。 　　2.2温度翘曲应力计算步骤： 　　2.2.1热分析 　　（1）选定单元类型。 　　（2）设置材料的回弹模量、泊松比、导热系数等参数。 　　（3）创建几何模型。 　　（4）对网格尺寸分析控制，分配单元属性，划分网格。 　　（5）施加温度边界，耦合重合节点自由度。 　　（6）非线性求解，获得温度场结果文件。 　　2.2.2结构分析 　　（1）定义8节点结构单元solid45。 　　（2）将所有单元由solid70转化为solid45。 　　（3）删除solid70单元。 　　（4）定义材料的线膨胀系数a。 　　（5）定义参考温度。 　　（6）施加结构边界条件，耦合重合节点的结构自由度。 　　（7）读入温度场结果文件中的温度场信息，作为荷载施加。 　　（8）非线性求解，后处理查看结果[2]。 　　3.双层刚性道面板的有限元分析 　　3.1弹性多层体系 　　弹性地基理论虽然广泛地应用于水泥混凝土道面的应力分析，但仍然存在着不足，其不足主要表现在地基模型方面，无论是文克勒地基模型还是弹性半空间地基模型，都把面层下包括基层和土基在内的多层地基体系用当量（或等效）的均质体系来替代，并以一个或一对参数（K或E和μ）表征其性质。而这些参数又是通过直径有限的承载板（75cm或30cm）在地基顶面进行荷载弯沉试验后确定的。作用荷载经过混凝土面层板传到地基顶面的压力分布以及传到地基内的影响深度，均与小直径承载板下的压力分布和影响深度有很大的出入。因而，承载板测定的结果无法如实反映实际地基在面层板下特性，按这样的地基参数由弹性地基板理论解分析得到的挠度和应力值，必然会偏离实际情况。按面层下的结构层次和材料性质采用层状地基模型可以改善这一状况，但多层地基板的解析解目前还没有，而有限元分析仍需对地基反力作近似假设并需复杂而费时的计算。因此，出现了直接采用弹性多层体系理论分析，水泥混凝土道面荷载应力的探索。 　　双层和三层弹件层状体系理论解首先是由Burmister提出的。而后经许多研究的贡献发展到多层体系，理论解采用轴对称课题，将三维问题化为二维。对于不同构形的多轮荷载问题，采用单轮分析后进行迭加的方法解决。 　　多层体系假设最下层为向下无限深的半无限体。Parker等在为验证多层体系理论解对混凝土路面的适用性而进行的试验中发现，多层体系理论解的挠度量比实测挠度量大。经分析，理论挠度量偏大主要是由于面层下地基所引起的，这可能是由于地基内土基的模量通常随深度而增加，而钻探取样的深度一般不超过3m，因而深处土层的模量在计算中估计偏低。 　　为此，Parker等在多层体系模型的最下层引入了一个刚度大的无限厚土层，经多次试验验证和计算分析，认为此层的弹性模量为7000MPa、泊松比为0.4距顶面深度为6m时，可使理论挠度值与实测挠度值较好地吻合。 　　3.2弹性地基板 　　弹性地基板理论把刚度大的水泥混凝土面层看作是支承于弹性地基上的小挠度弹性板采用弹性地基板。模型分析荷载应力时，对于面层板通常作如下假设： 　　（1）板为具有弹性常数E（弹性模量）和μ（泊松比）的等厚弹性体； 　　（2）作用于板上的荷载，其施压面的最小边长或直径大于板厚时，可近似地忽略竖向压缩应变和剪应变的影响，而利用薄板（或称中厚板）弯曲理论进行计算分析。当施压面尺寸小于板厚时，需采用厚板理论计算，或者依据厚板理论对薄板理论的计算结果进行修正 　　（3）弹