ANSYS混凝土收縮徐變

1、ANSYS和MIDAS混凝土徐變模擬比較簡述：本文主要對比 ANSYS和MIDAS這兩種有限元軟件在模擬混凝土收縮徐變上的差 異，包括計(jì)算精度、計(jì)算方式、計(jì)算時(shí)間等方面。計(jì)算模型為10m長的C50方形柱頂施加1kN的集中力，柱截面為 1m xim。1混凝土徐變混凝土徐變是混凝土結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下隨著時(shí)間的增長混凝土中產(chǎn)生的應(yīng)變變化目前尚未對混凝土徐變有比較統(tǒng)一的說法，在此不去討論具體有何說法，關(guān)鍵在于理解混凝土徐變與應(yīng)力是有關(guān)系的。而通常我們計(jì)算結(jié)構(gòu)時(shí)大部分是按照線性徐變處理的。2混凝土徐變本構(gòu)關(guān)系2.1老化理論本構(gòu)關(guān)系根據(jù)迪辛格爾法可知徐變函數(shù)可定義為在to時(shí)刻作用于混凝土的單位應(yīng)力 (即

2、ct0 = 1)至?xí)r刻t所產(chǎn)生的總應(yīng)變。如采用徐變系數(shù)敘?,?的第一種定義，則可表示為：如采用第二種定義，則可表示為：3. ANSYS立柱計(jì)算模型由于ANSYS并沒有專門板塊來混凝土徐變模擬，故而需要借助金屬蠕變的計(jì)算機(jī)理來 等效模擬混凝土徐變效應(yīng)。ANSYS提供兩種方法計(jì)算徐變：顯式計(jì)算和隱式計(jì)算。顯式計(jì)算需要細(xì)分較多的時(shí)間步長，計(jì)算時(shí)間長；隱式計(jì)算計(jì)算精度高，計(jì)算時(shí)間短。但是在實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，涉及到單元生死情況時(shí)，隱式計(jì)算可能出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。下面將會對這兩種方法進(jìn)行詳細(xì)的比較。3.1 ANSYS顯式計(jì)算顯式計(jì)算對時(shí)間步長是有要求的，尤其是在徐變系數(shù)曲線變化劇烈的時(shí)間段需要細(xì)分子 步以減小誤差和

3、幫助收斂。因而，時(shí)間步長的劃分方式、 時(shí)間點(diǎn)的數(shù)目對計(jì)算結(jié)果都會有較大的影響。(1) 等間距時(shí)間步長和對數(shù)時(shí)間步長假設(shè)混凝土的齡期是 7天，徐變變化速率為 0.005，考慮收縮徐變10年(3650天)，若 3650天時(shí)刻的徐變系數(shù)為 1,那么按照等間距時(shí)間步長劃分，則時(shí)間步長間距，(3650-7)/500=7.286。按照對數(shù)時(shí)間步長劃分，若采用 30個數(shù)據(jù)點(diǎn)，具體數(shù)據(jù)如下所示。文檔大全表1對數(shù)時(shí)間步長數(shù)據(jù)表編號時(shí)間編號時(shí)間編號時(shí)間編號時(shí)間編號時(shí)間171124.464542185.5019431298.8236411044.36927.9330821227.72562296.899133233

4、8.656421183.5838.9905411331.4213523109.815533383.798431341.349410.188961435.6097324124.453734434.9573441520.147511.547121540.3564225141.04335492.936451722.779613.086321645.7358226159.843736558.6431461952.421714.830691751.8322927181.150437633.1087472212.673816.807581858.741428205.297338717.5005482507

5、.617919.047991966.5714729232.662939813.1415492841.8761021.587042075.4452830263.676340921.5311503650（2）徐變變化速率徐變變化速率影響著徐變變化曲線的陡緩，將會對不同徐變變化速率值進(jìn)行比較：0.001、 0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.。（3）計(jì)算結(jié)果對比兩種時(shí)間步長劃分方式和不同徐變變化速率柱頂徐變10年位移計(jì)算結(jié)果如下表所示:表2:柱頂徐變10年計(jì)算結(jié)果對比（單位：m）徐變變化速率理論值等間距時(shí)間步長對數(shù)時(shí)間步長計(jì)算值相對誤差

6、計(jì)算值相對誤差0.0015.721e-75.71e-70.19%5.66e-71.07%0.0025.795e-75.78e-70.26%5.74e-70.95%0.0035.797e-75.77e-70.47%5.75e-70.81%0.0045.797e-75.77e-70.47%5.75e-70.81%0.0055.797e-75.76e-70.64%5.74e-70.98%0.0065.797e-75.75e-70.81%5.74e-70.98%0.0075.797e-75.74e-70.98%5.74e-70.98%0.0085.797e-75.74e-70.98%5.74e-70.

7、98%0.0095.797e-75.73e-71.16%5.74e-70.98%0.5.797e-75.72e-71.33%5.74e-70.98%從上表可以看出，不同的時(shí)間步劃分方式對結(jié)果產(chǎn)生較大的差異，等距時(shí)間步長隨著徐變變化速率的增大精度不斷降低，對數(shù)時(shí)間步長則隨著徐變變化速率的增大精度先上升后趨于平 穩(wěn)。且對數(shù)時(shí)間步長的計(jì)算時(shí)間要短，精度也能滿足工程要求，且在較大徐變變化速率區(qū)間， 采用對數(shù)時(shí)間步長更容易獲得較好結(jié)果。故而，建議采用對數(shù)時(shí)間步長進(jìn)行顯式計(jì)算。3.2 ANSYS隱式計(jì)算隱式計(jì)算也需要區(qū)分等間距時(shí)間步長和對數(shù)時(shí)間步長兩種劃分方式。不過這里不對隱式計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)的探討，光是一個

8、簡單的立柱還不能夠說清楚ANSYS模擬徐變問題。下面將會討論考慮施工過程的兩端固結(jié)梁的徐變問題。4. ANSYS兩端固結(jié)梁計(jì)算模型只考慮顯式計(jì)算。仍然考慮等間距劃分和對數(shù)劃分兩種方式，比較這兩種劃分方式的計(jì)算結(jié)果、收斂情況、計(jì)算耗時(shí)等。此處附上顯式計(jì)算命令流，不作詳細(xì)說明，因?yàn)轱@式計(jì)算碰到收斂問題無法解決！!計(jì)算懸臂梁轉(zhuǎn)化為固定梁的徐變效應(yīng)fin ish/clear/prep7Ec=3.45e10! time array*dim,tt,array,50,1 *vread,tt(1),tt1,txt(1F8.3)! creep coefficie nt=0.005nn=50*dim,fi,arr

9、ay, nn,1*do,i,1, nnfi(i)=1-2.7182818*(-0.005*(tt(i)-7)*enddo*dim,C1,array, nn,1f1=0k1=3dt=0C1(i)=(fi(i)-f1"(1+fi(i)/(tt(i)-dt)f1=fi(i)dt=tt(i)mp,ex,k1,Ecmp,prxy,k1,0.2tb,creep,k1tbdata,1,C1(i),0,1,0 k1=k1+2*enddo*dim,C2,array, nn,1f1=0k2=4dt=0*do,i,1, nnC2(i)=2*(fi(i)-f1)/(1+2*fi(i)/(tt(i)-dt)f

10、1=fi(i)dt=tt(i)mp,ex,k2,Ecmp,prxy,k2,0.2tb,creep,k2tbdata,1,C2(i),0,1,0 k2=k2+2*enddoet,1,23keyopt,1,6,0 r,1,1,1/12,1!左邊材料屬性mp,ex,1,Ectb,creep,1 tbdata,1,0,0,0,0!右邊材料屬性mp,ex,2,Ecmp,prxy,2,0.2tb,creep,2 tbdata,1,0,0,0,0!建立有限元模型*do,i,1,19n,i,(i-1)/2*enddo*do,i,1,19n,i+19,(i-1)/2+9*enddotype,1mat,1*do,

11、i,1,18e,i,i+1*enddotype,1mat,2*do,i,18,35e,i+2,i+2+1*enddod,1,alld,38,allesel,s,1,18 sfbeam,all,pres,1000 esel,s,19,36sfbeam,all,pres,1000/soluoutres,all,allallsel,allcrplim,0.25bfun if,temp,100time,1e-6solvek1=3k2=4*do,i,1, nnesel,s,1,18mpchg,k1,allk1= k1+2allsel,allesel,s,19,36mpchg,k2,allk2=k2+2a

12、llsel,alltime,tt(i)nsubst,10solve*enddo隱式計(jì)算命令流如下：!計(jì)算懸臂梁轉(zhuǎn)化為固定梁的徐變效應(yīng)fin ish/clear/prep7! time array*dim,tt,array,50,1*vread,tt(1),tt1,txt(1F8.3)! creep coefficie nt=0.005nn=50*dim,fi,array, nn,1*do,i,1, nnfi(i)=1-2.7182818*(-0.005*(tt(i)-7) *enddo*dim,C1,array, nn,1f1=0k1=3dt=0*do,i,1, nnC1(i)=(fi(i)-

13、f1)/Ec/(tt(i)-dt)f1=fi(i)dt=tt(i)mp,ex,k1,Ecmp,prxy,k1,0.2tb,creep,k1,11tbdata,1,C1(i),1,0,0,0 k1=k1+2*enddo*dim,C2,array, nn,1f1=0k2=4dt=0C2(i)=2*(fi(i)-f1)/Ec/(tt(i)-dt) f1=fi(i)dt=tt(i)mp,ex,k2,Ecmp,prxy,k2,0.2tb,creep,k2,11 tbdata,1,C1(i),1,0,0,0 k2=k2+2*enddoet,1,188 sectype,1,beam,rect,a1 secd

14、ata,1,1keyopt,1,1,0keyopt,1,3,3!左邊材料屬性mp,ex,1,Ecmp,prxy,1,0.2tb,creep,1,11 tbdata,1,0,0,0,0,0,0!右邊材料屬性mp,ex,2,Ecmp,prxy,2,0.2tb,creep,2,11 tbdata,1,0,0,0,0,0,0!建立有限元模型*do,i,1,19n,i,(i-1)/2*enddon,i+19,(i-1)/2+9*enddo type,1 mat,1 *do,i,1,18 e,i,i+1 *enddo type,1 mat,2 *do,i,18,35 e,i+2,i+2+1 *enddo d,1,all d,38,all esel,s,1,18 sfbeam,all,pres,1000 esel,s,19,36 sfbeam,all,pres,1000 /soluoutres,all,all rate,off alls