midasFEANX索梁錨固區(qū)分析

FEA

NX在索梁錨固區(qū)分析中的應(yīng)用李鐸CONTENTS0102前景提要分析流程0304結(jié)果查看常見(jiàn)問(wèn)題目錄01前景提要前景提要-為何進(jìn)行實(shí)體分析？1.構(gòu)造復(fù)雜2.受力復(fù)雜（三向應(yīng)力狀態(tài)）3.桿系模型無(wú)法正確模擬此位置的應(yīng)力狀態(tài)前景提要-應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)索梁錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力齒塊前景提要-錨固區(qū)

鋼錨梁前景提要-索塔錨固區(qū)

鋼錨梁或鋼錨箱一般模擬時(shí)，會(huì)選取節(jié)段混凝土橋塔和錨箱結(jié)構(gòu)建立模型。常見(jiàn)模擬方法：1.剪力鍵不模擬，采用界面/接觸定義橋塔和鋼錨箱的相互作用，可以選擇無(wú)滑動(dòng)或按照實(shí)際參數(shù)來(lái)模擬相對(duì)滑動(dòng)。結(jié)果云圖相對(duì)平滑，接觸面不會(huì)出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中。2.模擬剪力鍵，剪力鍵一般采用彈性連接*來(lái)模擬，直接輸入相應(yīng)的剛度，此時(shí)一般不考慮橋塔和鋼錨箱的相互作用。剪力釘作用位置可能會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中。邊界條件：一般在混凝土橋塔底部施加固定約束。*：不要使用實(shí)體單元來(lái)模擬剪力釘，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格劃分困難，提取結(jié)果復(fù)雜等問(wèn)題前景提要-索梁錨固區(qū)

錨箱或錨拉板或墊板一般模擬時(shí)，會(huì)選取主梁和錨箱結(jié)構(gòu)建立模型，為避免應(yīng)力集中，可以較多的選取節(jié)段長(zhǎng)度。常見(jiàn)模擬方法：針對(duì)于錨固區(qū)段，只施加索力即可；邊界條件：參考相關(guān)論文，主要有以下幾種1.簡(jiǎn)支邊界（主梁兩側(cè)施加豎向約束，拉索力傳遞方向施加縱向約束）2.固結(jié)邊界（主梁兩側(cè)均施加固定約束）3.懸臂邊界（拉索力傳遞方向施加固定約束，另一端自由）前景提要-預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)一般模擬時(shí)，僅選取局部區(qū)段建立模型?；蛑苯影凑找?guī)范算法進(jìn)行計(jì)算即可。常見(jiàn)模擬方法：針對(duì)于齒塊區(qū)域，只施加預(yù)應(yīng)力荷載對(duì)應(yīng)的張拉力即可；邊界條件：腹板約束豎向，兩側(cè)約束橫向，對(duì)稱位置施加對(duì)稱邊界。（參考FEA

例題）02分析流程分析流程-有限元基礎(chǔ)介紹1D單元0D單元3D單元2D單元單元

分析流程-前處理①直接建立-使用程序自身的前處理建模功能②從其它軟件中導(dǎo)入-可從任意一個(gè)層級(jí)導(dǎo)入

MIDAS系列軟件

Civil、Gen

Pro-ECATIA

SolidWorks

Unigraphics

ParasolidAutoCAD分析流程-復(fù)雜的模型如何處理？①化繁為簡(jiǎn)，從底層開(kāi)始處理再?gòu)?fù)雜的實(shí)體也是由點(diǎn)、線、面組成的，確定點(diǎn)、線、面的相對(duì)位置即可建立起實(shí)體。靈活運(yùn)用工作平面。②借助于其它幾何建模軟件直接生成實(shí)體前處理可以選擇的軟件很多，見(jiàn)前文對(duì)于網(wǎng)格，我們也可以采用別的軟件劃分好導(dǎo)入進(jìn)來(lái)（使用Nastran文件（僅v2022R1及之后版本））為什么選擇FEA

NX？①操作簡(jiǎn)便②特殊問(wèn)題的處理的便利性（如施工階段分析、混凝土收縮徐變、鋼束預(yù)應(yīng)力損失、網(wǎng)格之間的耦合。）③計(jì)算結(jié)果查看的便利性

分析流程-前處理鋼束、鋼筋的處理程序中專門的鋼束單元-鋼束（無(wú)需考慮耦合）1、建好鋼束幾何圖形-鋼束線2、定義鋼束特性3、線網(wǎng)格劃分-選擇對(duì)應(yīng)鋼束特性程序中專門的鋼筋單元（只有軸向剛度）1、鋼筋和混凝土母單元完全粘結(jié)無(wú)滑移2、程序會(huì)自動(dòng)計(jì)算母單元中的交點(diǎn)程序中植入式梁?jiǎn)卧o(wú)需考慮耦合）1、可以考慮軸向、彎、剪、扭復(fù)合受力其余單元需要手動(dòng)考慮耦合

分析流程-前處理鋼束快速建模單元形式布置的Civil鋼束，可以較為接近的體現(xiàn)鋼束在空間中的實(shí)際形狀，同時(shí)僅需輸入平彎和豎彎幾個(gè)參數(shù)即可。如何導(dǎo)入FEA

NX？提取出鋼束坐標(biāo)即可獲得完整鋼束

分析流程-前處理鋼束建模-預(yù)應(yīng)力損失k的單位為1/m，u為無(wú)量綱分析流程-網(wǎng)格處理1.考慮后期加載以及結(jié)果查看的便利性①溫度梯度-荷載施加②結(jié)果查看-剖斷面2.網(wǎng)格尺寸的選擇3.

網(wǎng)格劃分方法①六面體網(wǎng)格-準(zhǔn)確性高，但對(duì)幾何模型要求較高。②四面體網(wǎng)格-四面體為常應(yīng)變單元，網(wǎng)格尺寸較大時(shí)準(zhǔn)確性差，但劃分方便。*鋼束不可超出模型范圍，否則會(huì)提示錯(cuò)誤，無(wú)法計(jì)算

分析流程-網(wǎng)格處理1.耦合性檢查（軟件檢查）鋼結(jié)構(gòu)可以采用自由邊選項(xiàng)進(jìn)行檢查網(wǎng)格耦合性混凝土結(jié)構(gòu)可以采用網(wǎng)格拓?fù)溥M(jìn)行檢查網(wǎng)格耦合性

分析流程-網(wǎng)格處理1.耦合性檢查（根據(jù)結(jié)果檢查）網(wǎng)格不耦合帶來(lái)的應(yīng)力突變、位移突變或奇異，計(jì)算中斷①應(yīng)力突變②位移突變

分析流程-網(wǎng)格處理2.自由度不滿足

①梁和實(shí)體多尺度模型中邊界的處理分析流程-網(wǎng)格處理2.自由度不滿足①板和實(shí)體分析流程-邊界處理3.邊界問(wèn)題正確約束邊界&合理利用對(duì)稱性來(lái)降低問(wèn)題規(guī)模

分析流程-邊界處理4.荷載施加

幾何模型上的荷載、邊界可以傳遞給有限元網(wǎng)格，且不受網(wǎng)格劃分的影響

法線方向

實(shí)體：所有面均指向?qū)嶓w內(nèi)，不可修改面：和連線順序有關(guān)，劃分網(wǎng)格后可以查看，可以修改03結(jié)果查看結(jié)果查看-輸出坐標(biāo)系正應(yīng)力的輸出和輸出坐標(biāo)系有關(guān)，主應(yīng)力（矢量）和等效應(yīng)力（標(biāo)量）與坐標(biāo)系無(wú)關(guān)。結(jié)果查看S-XXS-XYS-YYS-YZS-ZZ

:

三向正應(yīng)力S-XZ

:

剪應(yīng)力S-Princ

.A:主拉應(yīng)力S-Princ

.C:主壓應(yīng)力S-Max

Shear:最大剪應(yīng)力S-Von

Mises:等效應(yīng)力結(jié)果查看-剪應(yīng)力S-XZS-XY第一個(gè)字母是指面的法線方向，第二個(gè)字母是指剪應(yīng)力的方向S-ZY結(jié)果查看-強(qiáng)度準(zhǔn)則

S-Princ

.A:主拉應(yīng)力S-Max

Shear:最大剪應(yīng)力S-Von

Mises:等效應(yīng)力②第三強(qiáng)度理論即最大剪應(yīng)力理論。它認(rèn)為引起材料發(fā)生屈服破壞的主要因素是最大剪應(yīng)力。即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要最大剪應(yīng)力達(dá)到材料屈服時(shí)的最大剪應(yīng)力值，材料即發(fā)生屈服破壞。③第四強(qiáng)度理論又稱最大應(yīng)變能理論，認(rèn)為引起材料發(fā)生屈服破壞的主要因素是材料的最大變形能，即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要其內(nèi)部積累的變形能達(dá)到材料單向拉伸屈服時(shí)的變形能，材料即發(fā)生屈服破壞。m

ax112(

3

)①第一強(qiáng)度理論又稱為最大拉應(yīng)力理論，其表述是材料發(fā)生斷裂是由最大拉應(yīng)力引起，即最大拉應(yīng)力達(dá)到某一極限值時(shí)材料發(fā)生斷裂。一般適用于脆性材料。

1

[]第一強(qiáng)度理論和第二強(qiáng)度理論一般適用于脆性材料，第三強(qiáng)度理論和第四強(qiáng)度理論一般適用于塑性材料結(jié)果查看-節(jié)點(diǎn)解&單元解節(jié)點(diǎn)平均關(guān)節(jié)點(diǎn)平均開(kāi)結(jié)果查看-剖斷面矢量形式查看荷載的流動(dòng)結(jié)果查看-等值面等值面快速確定超限位置結(jié)果查看-線上圖直線結(jié)果用“兩點(diǎn)線”

方式，曲線等復(fù)雜面上的結(jié)果使用“線”方式04注意事項(xiàng)實(shí)體分析注意事項(xiàng)①.明確分析目標(biāo)以及主要問(wèn)題②.建模要有清晰的思路③.避免成為數(shù)值游戲根據(jù)力學(xué)概念和結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行必要的合理簡(jiǎn)化。例如：3D細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為梁?jiǎn)卧?D薄板簡(jiǎn)化為2D板單元。非關(guān)注區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)膸缀魏?jiǎn)化。例如：全橋分析時(shí)適當(dāng)簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力齒塊，人孔等構(gòu)造。把幾何模型分割成幾個(gè)易于處理的部分，分塊處理，或利用更方便的工具來(lái)處理軟件是個(gè)大號(hào)的計(jì)算器，但查看結(jié)果時(shí)避免只關(guān)注Max和Min，應(yīng)從從多個(gè)角度分析結(jié)果，確定合理與否。實(shí)體分析注意事項(xiàng)④.會(huì)軟件操作≠會(huì)分析單純的軟件操作，沒(méi)有用過(guò)軟件的人按照步驟一步步都可以做出來(lái)，但沒(méi)有力學(xué)功底，無(wú)法判斷結(jié)果是否合理，導(dǎo)致做出來(lái)的東西是無(wú)意義的數(shù)值。選用合理的單元類型，成功建模只是第一步，對(duì)結(jié)果的分析和挖掘才是關(guān)鍵。⑤.臨時(shí)抱佛腳不可取短期做出來(lái)一些結(jié)果不等于不需要學(xué)習(xí)，“項(xiàng)目緊急，我先湊合做一下~等這個(gè)項(xiàng)目結(jié)束了我一定認(rèn)真學(xué)習(xí)……”當(dāng)前社會(huì)內(nèi)卷，多數(shù)人都有臨時(shí)抱佛腳的時(shí)候，導(dǎo)致軟件也臨時(shí)拿來(lái)用一下，等過(guò)了這個(gè)風(fēng)頭，軟件繼續(xù)吃灰。從短期來(lái)看，似乎用了很少的時(shí)間就完成了任務(wù)，但從長(zhǎng)久