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。     

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

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。     

基于多尺度模型的树状结构支撑网壳分析研究

基于有限元多尺度建模方法,在软件中使用刚性连接方法连接了微观模型和宏观模型,使用实体单元建立受力复杂的节点,精确模拟了树状结构节点域的边界条件.对比研究简化梁单元模型与多尺度有限元模型的计算结果,结果显示节点刚度对于树状结构的稳定性影响很小,相贯节点内隔板可以有效增加节点刚度.研究表明梁单元不能精确模拟结构中受力复杂区域的受力状态,受力复杂区域采用高阶单元模型的多尺度有限元分析,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡.     

基于多尺度模型的钢管混凝土节点抗震性能分析

多尺度分析方法是结构分析领域一种新型的分析方法,可以有效地解决宏观模型难以解决的局部受力分析问题。目前建筑结构的抗震性能分析主要集中在对宏观模型的分析,但实际上由于结构模型的简化,宏观模型的分析很难反映局部的复杂受力、损伤以及破坏情况。通过对一钢框架分别采用宏观杆系模型和多尺度模型进行受力分析,验证多尺度界面连接方法合理性。采用有限元网格划分软件HYPERMESH对斜网格柱核心筒结构的某个钢管混凝土节点细观模型划分网格,然后导入到结构弹塑性分析软件Nosa CAD中和宏观模型进行组装。最后由Nosa CAD生成有限元分析软件ABAQUS计算模型,进行结构的整体抗震性能分析。通过宏观模型和多尺度模型的分析对比,表明多尺度模型可以很好地反映建筑结构微观部分的受力情况,并且计算运行时间是目前可接受的,两者的抗震性能分析结果差异不大。     

基于多尺度方法的钢结构停车库破坏机理

为了利用最小的计算代价得到钢结构外伸端板节点准确的局部分析结果和钢结构停车库的整体结构性能,引入了基于8节点六面体单元界面约束方程的多尺度有限元计算方法,从而使精细的微观单元模型可以同宏观单元模型实现不同尺度间的变形协调。通过算例验证了基于有限元软件ABAQUS建立的多尺度有限元模型和计算结果的准确性。采用多尺度方法分析了外伸端板节点连接的钢结构停车库的破坏机理,给出了由应变能判定钢结构停车库的失效准则。     

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。     

一种基于局部多尺度模型的节点有限元计算方法

对结构中节点的有限元微观细部分析,通常从宏观模型中隔离出节点,在ABAQUS、ANSYS等大型有限元软件中进行计算。由于这种计算方法的边界条件与实际情况差别较大,造成计算结果与实际情况差别较大。通过一种基于局部多尺度模型的节点有限元计算方法,可以精确地模拟节点的边界条件,与整体模型相比,多尺度模型占用的计算资源更少、建模工作量更小,可大大提高节点计算结果的精度。     

“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。     

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。     

节点刚域对钢管输电塔主材受力的影响

为了研究节点刚域对主材受力的影响,将主材及其相关节点视为微观尺度模型,采用壳单元离散,将输电塔的其余部分作为宏观尺度模型,采用梁/杆单元离散。根据平截面假定推导了位移约束方程来实现微观尺度模型和宏观尺度模型的连接。6座输电塔的多尺度有限元分析结果表明:节点刚域对输电塔主材的轴力影响很小,而对弯矩影响较大。因此,对于弯曲应力与轴向应力比例较大的主材,可以考虑采用多尺度模型来分析,以考虑节点刚域对主材受力的影响。     

基于多尺度计算异形节点钢框架结构抗震性能研究

本文利用多尺度计算的方法对使用外环板式不等高节点的钢框架抗震性能进行了研究,使用MARC有限元软件中的多点约束法连接宏观单元与微观单元,同时根据一系列杆件模型算例验证了有限元模型的可靠性。通过对同一个钢框架分别使用多尺度单元和梁单元进行模态分析和动力时程计算,验证了多尺度模型可以准确地模拟结构的地震响应。提出了一种改进型的不等高异形节点,并对5种不同节点参数下的钢框架进行了动力时程分析,结果表明,外环板能够显著改善节点区域的应力状态,新型异形节点可以使节点域的受力更加均匀。     

多尺度螺栓间隙下混压窄基角钢塔结构节点强度分析

以某一新型110 kV混压窄基角钢塔为对象,研究了螺栓连接间隙对输电塔力学性能的影响。通过考虑输电塔结构杆件之间螺栓连接细节,分别建立整体结构刚架力学模型和节点结构三维实体单元模型。然后将刚架模型与节点三维实体模型进行耦合连接,建立了角钢塔整体结构和节点局部结构的多尺度有限元分析模型。采用有限元法,对多尺度结构模型和纯刚架结构模型进行了力学分析,通过对两个结构模型计算结果的对比分析,并将有限元计算结果与足尺模型试验结果进行比较,验证了多尺度结构模型的合理性。在多尺度模型的基础上,通过改变边坡节点部位螺栓连接间隙,研究了不同螺栓间隙下节点结构的变形和应力强度。     

某单层网壳结构设计与分析

采用有限元软件MIDAS/GEN,对某单层网壳结构进行了各荷载工况组合下的计算分析,得到了结构受力、变形和稳定性能,并基于多尺度分析方法,将节点细部模型与结构整体宏观模型连接,在整体模型中对结构复杂节点进行了计算分析,有效提高了计算精度。     

单层空间网格结构抗连续倒塌的多尺度有限元模型分析

采用多尺度有限元模型对单层空间网格结构进行抗连续倒塌分析，综合了不同类型单元在有限元分析中的优点，有利于提高计算精度，合理确定不同类型单元之间的连接是确保其计算精度的关键。以两个单层空间网格结构的典型子结构拟静力试验结果作为校验，探讨了多尺度有限元模型在空间网格结构抗连续倒塌分析中的应用，提出了基于位移一致原则的不同尺度单元之间连接关系建立方法。以此为基础，完成了Kiewitt与Geodesic单层球面网壳的抗连续倒塌分析。研究结果表明：采用所提出的位移一致原则，连接界面与微观响应区域保持适当距离，可以得到结构计算的最优近似解；多尺度有限元模型在节约计算资源的基础上能够得到正确、合理的计算结果，采用刚性节点假定能够进一步减少模型的单元数量；多尺度有限元模型分析能够更为细致地显示局部应力分布，寻求网格结构失效的起始位置。此外，由多尺度有限元模型所建立的空心球节点，能较好地模拟结构的实际受力工况。     

基于多尺度模型的襄阳东津站铸钢节点动力弹塑性分析

针对关键节点的细部分析,采用从整体模型中隔离出节点,将整体模型与节点模型分别独立计算的方法,在节点域施加的边界条件往往与实际情况相差较大。应用多尺度建模技术对东津站屋盖铸钢节点进行动力弹塑性分析。屋盖杆件采用梁单元建模,关键节点采用实体单元进行精细化建模,并通过自由度约束方程对梁单元和实体单元进行多尺度连接,从而准确反映节点域的边界条件。分别采用多尺度建模和隔离体建模进行对比分析:在结构整体地震动响应方面,两者的计算结果基本一致,多尺度建模仅对节点域相邻区域的杆件有一定影响;在节点域的计算分析方面,采用隔离体的节点分析结果偏于保守。研究表明,多尺度建模技术精确描述节点边界条件,是分析复杂结构关键节点的一种有效手段。     

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.     

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。     

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。     

宏观合成纤维混凝土弹性模量的多尺度分析

宏观合成纤维混凝土的性能参数和微观结构密切相关。基于渐进展开理论的计算方法,推导多尺度分析模型的控制方程,并在有限元平台上通过二次程序开发,实现线性计算均匀化方法的模拟,对宏观合成纤维混凝土的弹性模量进行多尺度计算。此外,基于线性计算均匀化方法对宏观合成纤维混凝土的宏观等效材料性质进行参数分析。结果表明,纤维体积率是影响宏观合成纤维混凝土的最主要因素,体积率越大,宏观合成纤维混凝土的弹性模量和剪切模量越小。研究结果对于指导宏观纤维混凝土的多尺度分析具有参考意义。     

一致多尺度组合多点约束法优化研究

针对一致多尺度多点约束模型往往采用单一多点约束方法造成界面过约束等问题,提出基于位移和能量的组合多点约束法(CMPC),该方法符合界面节点变形约束关系,且能够改善结构塑性阶段的多尺度模拟精度。首先,分析了单一多点约束关系在模型受力塑性阶段存在的约束不合理问题,通过位移方程和能量方程在界面节点不同自由度方向的联立,建立了一种优化的组合多点约束方法,其优点是消除位移方程的界面切向过约束问题,同时避免能量方程的非线性阶段应力迭代。基于组合多点约束理论,推导了典型多尺度连接模型的CMPC方程表达式。最后运用Abaqus有限元软件进行了钢筋混凝土构件多尺度模型对比分析,计算结果表明组合多点约束法有效提高了模型复杂受力下的应力、应变、位移等特性的计算精度,适用于结构多尺度模型的非线性分析。