ANSYS+CivilFEM与土木工程设计

ANSYS+CivilFEM与土木工程设计ANSYS+CivilFEM与土木工程设计目录目录•土木工程与有限元方法•ANSYS有限元技术概要•CivilFEM11.0预览•ANSYS+CivilFEM土木行业应用案例目录目录•土木工程与有限元方法•ANSYS有限元技术概要•CivilFEM11.0预览•ANSYS+CivilFEM土木行业应用案例大型场馆大型场馆交通设施交通设施岩土与交通工程岩土与交通工程超高层建筑超高层建筑桥梁工程桥梁工程水利与海洋工程水利与海洋工程现代土木工程与数值模拟发展趋势现代土木工程与数值模拟发展趋势•土木工程：–设计大胆，体型复杂–新型结构与材料的大量采用–安全可靠性要求越来越高–结构设计与施工难度大•数值模拟：–平面问题到空间问题–线性问题到非线性问题–纯力学到多物理场耦合–单机计算到并行集群计算–平面图与数据表到可视化三维前后处理–CAD-CAE一体化传统设计方法与有限元方法的对比传统设计方法与有限元方法的对比•经典Kirchhoff梁理论下的简支梁举例•单向Kirchhoff板壳理论下的薄板举例ANSYSCivilfem有限元分析ANSYSCivilfem有限元分析•跨度5m，集中力120KN，•计算出跨中弯矩150KN、剪力60KN，与理论计算完全相同混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范–α与β为等效矩形应力图系数–b为截面宽度–d为有效高度h0–X，中性轴高度–fcd，设计强度–β受压混凝土等效矩形截面高度GB50010:β=0.8⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=limlimcdLimX2βdX·β·b·f·MαydncdfX·β·b·f·0.85Ast=Civilfem梁配筋计算Civilfem梁配筋计算•理论计算配筋1207，实际配4根20，1256，安全系数1.04•利用GB规范设计，–跨中钢筋安全系数1.04，红色部分–支座钢筋安全系数0.3，蓝色部分梁斜截面承载力验算梁斜截面承载力验算•集中力120KN，截面剪力60KN•左图显示混凝土抗剪承载力＋箍筋抗剪承载力＝177.1KN•右图显示抗剪承载力富裕量1.34混凝土单向板构件设计混凝土单向板构件设计•基本设计资料–板厚80mm，宽2.34m，长6m，长宽比2.56——单向板–受均布荷载6.6KN/mm2，横向两边简支–HPB一级钢筋，C30混凝土•参考资料–混凝土结构，四校合编，–理论计算跨中弯矩4.5KNm–配筋376mm2/m–实际可配8@140，359单向板配筋计算单向板配筋计算•跨中横向钢筋389mm2/m，理论值376mm2/m•跨中纵向钢筋71.9mm2/m，理论值0•误差389/376=1.03，略大于理论值非标混凝土现浇结构配筋计算非标混凝土现浇结构配筋计算•结构信息：–楼板300，墙500，现浇C30•配筋计算结果：–左图横向上部钢筋，右图横向下部钢筋本章小结本章小结•传统设计方法与有限元方法的同：–基本构件的计算理论基础–复杂结构基于数值方法•传统设计方法与有限元方法的异：–传统方法方便快速，但精度和范围受限–有限元方法精确广泛，但速度和易用性弱•如何使两种方法融合一体？目录目录•土木工程与有限元方法•ANSYS有限元技术概要•CivilFEM11.0预览•ANSYS+CivilFEM土木行业应用案例ANSYS有限元技术概要ANSYS有限元技术概要•单元库与有限元建模•非线性技术•动力学技术•求解技术•多物理场耦合分析ANSYS单元库与有限元建模ANSYS单元库与有限元建模•几何建模：–实体–板壳–梁杆•单元库：–实体单元：45/65/185/186/187/265–板壳单元：63/93/181/281–梁杆单元：4/8/10/188/189–接触单元、弹簧单元、表面单元ANSYS非线性技术ANSYS非线性技术•材料非线性•几何非线性•边界非线性•单元非线性()FxxK=ANSYS动力学技术ANSYS动力学技术•结构模态：频率、振型•谐振响应：•时程分析：•反应谱：•随机振动：[]{}[]{}[]{}(){}tFuKuCuM=++&&&地震功率谱（PSD）ANSYS求解技术ANSYS求解技术•矩阵方程组求解：–Sparse法，PCG法•振动分析求解：–BlockLanczos法、直接积分法、模态叠加法•并行求解技术：64位02468101214161813579111315No.ofCPUspeedupfactorsTheoreticallimitDPCGscalabilitypatternDsparsescalabilitypatternTimePCG=1/4TimeSparseANSYS多场耦合ANSYS多场耦合•土木工程的耦合问题–风致振动–海洋平台的波浪冲击–大体积混凝土开裂–。。。目录目录•土木工程与有限元方法•ANSYS有限元技术概要•CivilFEM11.0预览•ANSYS+CivilFEM土木行业应用案例Civilfem研发目标Civilfem研发目标目标：覆盖土木界复杂设计需求的专业软件大坝、水工结构设计岩土结构设计桥梁结构设计钢结构、混凝土结构设计复合结构、特种结构设计•针对土木行业的前后处理：–完全内嵌于ANSYS–材料库和截面形状库（支持中国规范）–完备的荷载组合计算–规范校核与设计（支持中国规范）•针对土木行业的功能模块：–通用结构设计–岩土工程分析–桥梁结构分析–预应力混凝土–非线性混凝土CivilFEM功能综述CivilFEM新加规范CivilFEM新加规范•预应力混凝土–Eurocódigo2–ACI–EHE•结构抗震设计–AASHTO–CALTRANSSeismicDesignCriteria–Frenchcode:PS92–GreekcodeEAK2000–IndiancodeIS1856–UniformBuildingCode1997CAD与ANSYS接口CAD与ANSYS接口•著名三维CAD软件–Catia,Pro/E,UG,–Solidworks,Solidedge,Inventor•ANSYS的CAD-CAE一体化–双向参数关联–几何模型共享全新前处理界面全新前处理界面•土木专业化建模工具–3D可视化环境–参数化设计–目标：提高复杂结构设计效率空间桁架编辑器空间桁架编辑器•复杂空间钢结构建模Pattern岩土工程设计编辑器岩土工程设计编辑器•桩基础与承台编辑器•侧向土压力计算编辑器考虑水位影响定义每层属性桥梁结构建模编辑器桥梁结构建模编辑器•梁桥•斜拉桥•悬索桥•拱桥施工过程模拟施工过程模拟•易用性更好–单元非线性–直接定义激活或抑制材料–操作更简便更好理解目录目录•土木工程与有限元方法•ANSYS有限元技术概要•CivilFEM11.0预览•ANSYS+CivilFEM土木行业应用案例MSGLRO02海洋平台设计MSGLRO02海洋平台设计宜家家居基础设计宜家家居基础设计巴塞罗那地铁9号线Guinardó站基础巴塞罗那地铁9号线Guinardó站基础Tenerife大剧院结构施工过程模拟Tenerife大剧院结构施工过程模拟Bilbao港防浪堤地震分析Bilbao港防浪堤地震分析SSEhorizontal0,120-0,15-0,10-0,050,000,050,100,150,01,02,03,04,05,06,07,08,09,010,011,012,013,014,015,0Time(s)Acceleration(g)HorizontalDisplacements-0,08-0,06-0,04-0,0200,020,0402468101214Time(sec)Disp.(m)ROCAVERT_MARESCOLLERAB_DIQUESSEvertical-0.084-0.15-0.10-0.050.000.050.100.150.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.013.014.015.0Tieme(s)Acceleration(g)VerticalDisplacements-0,015-0,01-0,00500,0050,0102468101214Time(sec)Disp.(m)ROCAVERT_MARESCOLLERAB_DIQUET_DIQUE总结总结•主要内容：–土木工程设计与有限元法–ANSYS有限元技术概要–CivilFEM11.0预览–ANSYS+CivilFEM土木行业应用案例ANSYS+CivilFEM在土木界的未来？ANSYS+CivilFEM的未来ANSYS+CivilFEM的未来•功能增强方向：–易用性：各种专业建模编辑器，–兼容性：与其他建筑CAD/CAE软件的无缝链接–功能性：各种本构模型、新型算法–用户定制专业工具•应用领域：–复杂结构设计–局部详细设计–非线性问题–三维空间问题