渡槽有限元模型建立研究.docVIP

PAGE PAGE 1 渡槽有限元模型建立研究 　　摘要:本文主要从渡槽的物理模型、有限元模型、预应力钢绞线的模拟几个方面论述有限元模型的建立过程。文中所提到的整体模型分割化的思想、有限元网格划分技术是有限元分析中的重要技术环节，关系到后继的静动力分析能否成功进行；预应力钢绞线的模拟解决了目前弯曲预应力钢筋有限元计算中存在的技术难题，同时从理论上给出了类似问题的解决思路，对于实际工程具有较大的参考价值。 　　关键词:物理模型、有限元模型、预应力钢绞线模拟 　　Abstract:thisarticlemainlyfromtheanalysisofthephysicalmodel,thefiniteelementmodel,andthesimulationofprestressedcableseveralaspectstoelaboratethefiniteelementmodeloftheprocess.Thewholemodelofsegmentationmentionedtheideas,finiteelementgridpartitiontechnologyisanimportantlinkofthefiniteelementanalysistechnology,inrelationtothestaticanddynamicanalysisofthesubsequentsuccess;Thesimulationofprestressedsteelstrandissolvedbybendingprestressedreinforcedfiniteelementcalculationofthetechnicalproblemexistedin,atthesametime,thispapergivesthesimilarproblemsinthesolution,thepracticalengineeringhasgreatvalueofreference. 　　Keywords:thephysicalmodel,thefiniteelementmodel,prestressedsteelstrandsimulation 　　中图分类号：TV672+.3文献标识码：A文章编号： 　　1.1物理及有限元模型的建立 　　在以往的水工结构分析中，经常采用房屋建筑学中梁、柱和板壳等一维或二维构件作为设计中力学分析的依据，造成了较大的误差，这种误差有时甚至会造成结构的失效或材料的严重浪费。物理模型建立过程中，首先要解决的一个问题是如何最大限度的模拟结构本来的受力状态。这一问题其实也是如何选取合适单元类型的问题。关于单元类型的选择，主要考虑以下几个方面： 　　(1)结构类型。一般来说，对于块、体结构采用solid单元模拟；对于板、壳结构特征明显的结构，采用shell单元模拟；对于杆系结构，则采用link或beam单元模拟。 　　(2)结构应力、应变的特点。对于堤、坝等建筑物，根据其应力应变的特点，可以将其简化为平面应变问题分析；另外有一类特殊的空间问题-轴对称问题，其实质是二维问题，这时可考虑采用plane单元模拟。 　　(3)结构约束条件与受力状态。以上面提到的轴对称结构为例，不仅几何上需要轴对称，荷载分布也必须轴对称才满足简化条件。 　　(4)计算精度要求。我们可以根据计算精度及结构边界形状拟合精度的要求，选择采用线性单元或高次单元。以plane单元为例，有线性plane单元及二次plane单元，其中二次plane单元由于具有二次插值函数，更适合于边界形状不规则问题的网格划分。 　　本文所作的大型渡槽结构，其空间受力特性显著，在建模的前期工作中，考虑到预应力筋的施加及计算规模的限制，混凝土的模拟采用了一次六面体等参单元，钢筋采用空间杆单元模拟。在建立物理模型的过程中，整体模型分割化的思想贯穿了建模的全过程。混凝土加载试验中，试块的形状为立方体状，大小为150mm×150mm×150mm，为使划分网格后单元形状及大小接近或达到试块标准，需人为控制网格划分的质量。对于形状不规则的几何体，网格划分很难控制，往往得不到我们想要的效果。整体模型分割化的思想是将复杂的几何体分割成简单、规则的几何体的叠加，通过共用面实现各相邻小几何体间的连接。整体模型的分割主要应从便于网格划分及便于施加预应力筋两个方面加以考虑。以下就这两个方面分别进行介绍。 　　对于有限元分析来说，网格质量影响着整个计算的精度，对于有严重畸变的网格结构，甚至会得到错误的结果。整体模型分割的好坏直接影响有限元分析的精度。 　　如图(2-1)所示为洺河渡槽的实体模型，该渡槽为三向预应力结构，在渡槽的四面侧墙中设有弧形预应力钢绞线，底板及纵梁亦设有预应力筋，预应力对结构静力及动力