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基于ANSYS的混凝土結構有限元分析

發(fā)布于:2024-07-19 19:06
有限元分析

      ANSYS原理是有限單元法思想,即把計算域離散剖分為有限個互不重疊且相互連接的單元,在每個單元內選擇基函數(shù),用單元基函數(shù)的線形組合來逼近單元中的真解,整個計算域上總體的基函數(shù)可以看作由每個單元基函數(shù)組成的,則整個計算域內的解可以看作是由所有單元上的近似解構成。
      雖然有限元分析法在力學模型上是近似解,但是在數(shù)學求解上非常嚴格。與傳統(tǒng)方法相比,這種方法計算能力非常強大,能夠應用于很多大中型水利工程,故本文應用ANSYS軟件,以有限單元法的思想解決水利工程中的實際問題。
      1) 混凝土、鋼結構材料均假設為各向同性線彈性材料。2)材料的物理力學參數(shù)按設計標準值選取。3)計算基本資料3.1工程概況某水電站升船機渡槽段壩后安裝頂板為拱形,采用預制混凝土模板方案,預制混凝土模板為120°全拱,下部設牛腿。封拱時需要逐層澆筑混凝土,受力情況非常復雜。本文主要運用有限單元法思想,結合ANSYS軟件分析預制混凝土模板放入,左右同時澆筑一層混凝土時,整個結構的位移。澆筑混凝土時,模型需要承受自身的重力、新澆筑混凝土的重力、鋼筋的重力以及二者對預制混凝土模板的側壓力。①混凝土標號:C30;②重度:25kN/m3;③泊松比:1/6;④混凝土軸心抗拉強度設計值:1.43MPa;⑤混凝土軸心抗壓強度設計值:14.3MPa。彈性模量取值見表。3.2.2基本靜荷載作用①預制混凝土模板結構自重;②新澆筑混凝土及鋼筋自重;③新澆筑混凝土對模板的側壓力。3.3荷載分項系數(shù)進行靜力計算,計算內力、應力時宜采用設計值,即標準值乘以荷載分項系數(shù);計算位移時宜采用標準值。本次計算中荷載分項系數(shù)均為1.05。4計算模型計算模型的總體坐標系取X軸為水平上下游方向,指向下游為正;Y軸為豎向,向上為正;Z軸為水平左右兩側方向,指向右岸為正(面向下游,右手邊為右側),坐標原點在牛腿處。
      計算模型長度方向約為50m,寬度方向為20m。為了更為真實地模擬施工過程,按實際尺寸和形狀建立全三維有限元模型。本研究選取三維實體單元solid45建立模型,其中單單元最少模型共劃分單元66838個,結點87188個。網格劃分數(shù)量經過分析,足夠精細,保證了計算結果的可靠性。網格繼續(xù)加密,導致單元個數(shù)增多,但對位移結果影響很小,而計算時間延長;炷两Y構的有限元網格剖分見圖。
      網格劃分之后根據邊界條件施加荷載、求解。所提取的位移結果包括:1)總位移。2)X方向位移:X方向為水平上下游方向,指向下游為正,指向上游為負。3)Y方向位移:Y方向為豎向,向上為正,向下為負。4)Z方向位移:Z方向為水平左右兩側方向,指向右岸為正(面向下游,右手邊為右側)。經過計算,可以提取出各個單元的總位移、X方向位移、Y方向位移以及Z方向位移,但考慮到單元過多,僅提取出各個位移的最大及最小值。所提取的位移計算數(shù)據結果見表2,為了更加清晰、直觀,提取出總位移分布云圖。圖中標示出總位移較大處和位移較小處。位移計算結果總位移/mmX方向/mmY方向/mmZ方向/mm最大2.0740.49100.092最小0-0.361-2.073-0.092,總位移分布圖。
      根據對計算結果的分析,可以得出以下結論:1)經過軟件分析計算,可以得到各個單元的總位移、X方向位移、Y方向位移及Z方向位移。整體結構總位移最大值為2.074mm,發(fā)生在跨中;總位移最小值為0mm,發(fā)生在支座及牛腿附近。2)由于ANSYS軟件本身的特點,有限元計算過程中,角緣處容易出現(xiàn)應力奇異及應力集中現(xiàn)象,局部應力可能偏大,在配筋設計中需要注意。


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