“扬帆泰达”雕塑钢结构多尺度有限元分析

基于多尺度建模技术,在有限元分析软件中实现了局部细化模型和整体宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的关键节点用高阶单元建立,其余部分结构采用经典梁单元模型;利用ANSYS有限元软件中的多点约束方程连接梁单元与壳单元,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与风荷载作用下的计算结果,表明梁单元可近似模拟整体结构的力学性能,但不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对整体结构的关键构件应基于多尺度建模技术采用高阶单元建立模型;此外,还分别对梁单元模型及多尺度模型进行了模态分析,得到了高阶单元的引入对整体结构刚度的影响特征。研究表明:多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

基于多尺度建模的震损RC框架抗火混合模拟

基于构件的震后火灾试验无法全面真实反映整体结构历经地震损伤后局部构件的受火性能,采用ABAQUS软件建立不同损伤组合下的钢混框架有限元模型,并将多尺度建模方法与抗火混合模拟相结合,研究不同建模方式的计算结果差异、不同损伤组合对结构耐火极限的影响,以及抗火混合模拟评估结构震后火灾性能的适用性。结论表明：相对微观单元模型,多尺度单元模型的计算时间在裂缝损伤下和裂缝与剥落共同作用损伤下分别缩短68%和61%,裂缝与剥落共同作用损伤较裂缝损伤耐火极限降低22%,由于考虑了边界条件的变化,抗火混合模拟能够通过局部构件试验反映整体结构的震后抗火性能。     

多尺度模型在贝壳形单层网壳分析中的应用研究

基于多尺度建模方法,在有限元分析软件中实现了局部模型和宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的节点用实体单元建立,利用ANSYS软件中的多点约束方程连接梁单元与实体单元,同时建立了双支座有限元模型,精确模拟了节点域的边界条件,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与温度荷载作用下的计算结果,结果显示梁单元不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对受力复杂区域应采用高阶单元建立模型。研究表明多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

基于子结构的多尺度模型高效计算方法研究

在多尺度计算方法的基础上提出了一种精确、高效的结构局部精细化计算方法,并采用通用有限元软件ABAQUS建立一钢框架的精细化模型、多尺度模型、基于子结构的多尺度模型和宏观模型进行受力分析。分析结果表明,基于子结构的多尺度模型能够达到与多尺度模型相同的计算精度,同时能够大大提高计算效率减少计算时间,并且计算容易收敛。基于子结构的多尺度模型为复杂结构关键构件的应力分析提供了一种新方法。     

基于多尺度结构整体模型的钢管混凝土节点抗震性能分析北大核心

提出了一套快速有效的多尺度计算操作流程,并采用通用有限元软件ABAQUS通过有限元精细化模型与宏观模型之间的界面连接方法分析研究,对一个复杂高层建筑结构植入钢管混凝土精细化节点模型进行弹塑性动力时程分析,多尺度模型和宏观模型计算结果的对比分析表明,多尺度节点对相邻结点位移的影响较小,对相邻杆件内力存在一定影响。多尺度计算能够在并不显著增加计算时间的情况下更为详细地反映复杂受力构件在整体结构中的抗震工作机理。     

多尺度混合试验的单元选取及界面连接方法

为提高大型复杂建筑结构抗震分析的准确性和可靠性,实现强震作用下结构的精细化非线性分析,本文提出了结构多尺度混合试验方法,分别用试验单元、微观计算单元和宏观计算单元模拟结构模型的不同部分.基于强震作用下结构的倒塌失效机理研究,确立了上述3类单元的选取方法:经验法和仿真法.为实现试验单元与不同计算单元间连接界面处力和位移的协调,文中利用多点约束方法进行连接界面的处理.该方法在不损伤界面自由度的前提下,较好地实现了界面连接.最后构建一单榀钢框架多尺度混合试验模型并进行地震反应分析,将结果与有限元模型分析结果进行对比.结果表明,在多尺度混合试验中,多点约束法能够有效地处理试验单元与计算单元的连接界面.     

考虑局部细节特性的结构多尺度模拟方法研究

本文的目的是研究如何考虑局部细节特性如焊连接部位的应力集中影响来进行结构动力特性和静力响应模拟和分析。为此,采用子结构和约束方程的方法分别建立含局部焊接细节的桥梁结构钢箱梁纵向加劲桁架的不同尺度的有限元模型,并用此有限元模型进行该结构动力特性和静力响应分析,然后与传统有限元模型的分析结果及加劲桁架缩尺实验模型的实测结果进行对比。研究结果表明,采用子结构方法能有效地利用大型商用软件建立该类结构的有限元模型并进行非线性分析,对于大型复杂结构如一个主跨达到千米以上的大跨桥梁结构,如果采用本文提出的建模方法,在桥梁结构的局部焊接细节部分的模拟达到有限元单元特征尺寸为毫米级,则建立的有限元模型实际上已经是一个结构多尺度有限元模型。这样的模型就可用于不同尺度下的结构整体特性分析和局部热点应力分析。     

某大跨度悬挑钢连廊卸载多尺度有限元模拟及分析

采用MIDAS/GEN软件分别建立了多尺度有限元模型和简化有限元模型对某大跨度悬挑钢连廊施工卸载后的受力状态进行有限元分析。在结构牛腿节点采用精细化模型,其余构件采用梁单元的多尺度有限元模型与全部采用梁单元的简化模型的模拟结果进行对比分析,可以发现:二者在结构整体受力和变形方面可保持基本一致,但简化模型无法体现牛腿节点处的复杂受力状态;而多尺度模型则可明显观测到牛腿节点处各板件的局部应力,并能够体现牛腿钢梁处受到的扭转效应,对分析牛腿节点安全具有重要意义。同时,应力实际监测结果与多尺度模拟结果也更为接近,进一步证明了所采用的多尺度有限元分析方法准确、可靠,从而为保障施工卸载安全提供更加有力的技术支撑。     

古建筑木结构多尺度建模方法及抗震性能分析

在保证计算精度前提下,为降低抗震性能计算的有限元分析费用,采用通用有限元软件ANSYS建立了古代木结构非线性有限元模型。深入探讨了利用多尺度建模方法解决古代木结构抗震计算问题。为实现宏观结构模型和局部微观模型界面的变形协调,采用了多点约束法,将榫卯节点域作为关键区域用实体单元进行精细尺度建模,对梁柱构件非关键区域则采用梁单元进行建模。基于木框架和直榫节点拟静力试验数据,对比了多尺度模型和实体单元模型在破坏模态和滞回曲线的异同点,验证了该界面连接方法的有效性。基于多尺度建模方法,选取某在役期内的古代木结构边跨框架进行弹塑性动力时程分析,并比较了实体单元模型和多尺度模型的地震响应及计算效率。结果表明:多尺度有限元模型能很好地模拟古代木结构的边界条件以及整体结构的动力响应,同时还可大幅提高计算效率,能够在计算精度和计算效率之间寻找到一个平衡点,为古代木结构抗震分析提供有力的技术支持。     

500kV/220kV四回路复合横担塔多尺度有限元分析

多尺度计算理论在结构计算中保证了计算精度,提高计算效率同时降低了计算代价,目前在众多工程问题和学科领域得到广泛应用。本文为了分析局部节点和整塔的实际受力特点,采用多尺度计算理论,在ANSYS有限元分析软件中通过约束方程将局部模型和宏观模型进行连接,建立有限元多尺度计算模型,并对多尺度模型进行了四种典型工况的计算,将多尺度模型和梁杆模型在同一工况下构件和局部节点的计算结果对比分析。研究结果表明,运用多尺度建模方法能够高效准确地分析输电铁塔的整体和局部节点的受力特性,进一步表明该方法可在结构工程领域推广应用。