ANSYS中混凝土的计算问题(分离式)解析

0 前言利用ANSYS分析钢筋混凝土结构时，其有限元模型主要有分离式和整体式两种模型。

这里结合钢筋混凝土材料的工作特性，从模型建立到非线性计算再到结果分析的全过程讲述了利用ANSYS进行钢筋混凝土结构分析的方法与技巧，并以钢筋混凝土简支梁为例，采用分离式有限元模型，说明其具体应用。

1 单元选取与材料性质1. 1 混凝土单元ANSYS中提供了上百种计算单元类型,其中Solid65单元是专门用于模拟混凝土材料的三维实体单元。

该单元是八节点六面体单元,每个节点具有三个方向的自由度( UX , UY , UZ) 。

在普通八节点线弹性单元Solid45 的基础上,该单元增加了针对于混凝土的材性参数和组合式钢筋模型,可以综合考虑包括塑性和徐变引起的材料非线性、大位移引起的几何非线性、混凝土开裂和压碎引起的非线性等多种混凝土的材料特性。

使用Solid65 单元时,一般需要为其提供如下数据:1)、实常数(Real Constants) :定义弥散在混凝土中的最多三种钢筋的材料属性,配筋率和配筋角度。

对于墙板等配筋较密集且均匀的构件,一般使用这种整体式钢筋混凝土模型。

如果采用分离式配筋,那么此处则不需要填写钢筋实常数。

2)、材料模型(Material Model) :在输入钢筋和混凝土的非线性材料属性之前,首先必须定义钢筋和混凝土材料在线弹性阶段分析所需的基本材料信息,如:弹性模量,泊松比和密度。

3)、数据表(Data Table) :利用数据表进一步定义钢筋和混凝土的本构关系。

对于钢筋材料,一般只需要给定一个应力应变关系的数据表就可以了,譬如双折线等强硬化(bilinear isotropic hardening)或随动硬化模型( kinematic hardening plasticity)等。

而对于混凝土模型,除需要定义混凝土的本构关系外,还需要定义混凝土材料的破坏准则。

在ANSYS中,常用于定义混凝土本构关系的模型有:1)多线性等效强化模型(Multilinear isotropic hardening plas2ticity ,MISO模型)，MISO模型可包括20条不同温度曲线，每条曲线可以有最多100个不同的应力-应变点;2)多线性随动强化模型(Multilinear kinematic hardening plas2ticity ,MKIN 模型)，MKIN 模型最多允许5个应力-应变数据点;3)Drucker2Prager plasticity(DP)模型。

钢筋混凝⼟梁ansys分析附命令流钢筋混凝⼟⾮线性分析2015⼤作业上海交通⼤学陈明1、参数选择梁的截⾯宽度为200mm，上部配置2Φ8受压筋，混凝⼟的净保护层厚度为25 mm（从纵向钢筋外边缘算起），箍筋两端区采⽤8@100的双肢箍，中间区取8@200 双肢箍1）梁的截⾯⾼度选300mm；2）两加载间的距离选1000mm；3）混凝⼟选C30；4）纵向受拉钢筋配筋选218；2、描述选⽤的有限元模型及单元的特点采⽤ansys软件进⾏模拟计算，钢筋混凝⼟模型采⽤分离式模型，不考虑钢筋与混凝⼟之间的相对滑移。

混凝⼟采⽤solid65单元模拟，solid65⽤于模拟三维有钢筋或⽆钢筋的混凝⼟模型。

该单元能够计算拉裂和压碎。

在混凝⼟应⽤中，该单元的实体功能可以⽤于建⽴混凝⼟模型，同时，还可⽤加筋功能建⽴钢筋混凝⼟模型。

另外，该单元还可以应⽤于加强复合物和地质材料。

该单元由⼋个节点定义，每个节点有三个⾃由度:节点坐标系的x，y，z⽅向的平动。

⾄多可以定义三种不同规格的钢筋。

钢筋单元采⽤link180单元模拟，link180是⼀个适⽤于各类⼯程应⽤的三维杆单元。

根据具体情况，该单元可以被看作桁架单元、索单元、链杆单元或弹簧单元等等。

本单元是⼀个轴向拉伸⼀压缩单元，每个节点有三个⾃由度:节点坐标系的x，y，z⽅向的平动。

本单元是⼀种顶端铰接结构，不考虑单元弯曲。

本单元具有塑性、蠕变、旋转、⼤变形和⼤应变功能。

缺省时，当考虑⼤变形时任何分析中LINK180单元都包括应⼒刚化选项。

3、描述选⽤的混凝⼟与钢筋粘结滑移本构关系的具体形式、参数等。

钢筋的应⼒应变关系曲线考虑到极限塑性应变最⼤值为0.01,钢筋本构模型采⽤多线性模型kinh，初始弹性模量为Es=200000Mpa，强化系数为0.001。

混凝⼟的应⼒应变关系曲线混凝⼟选⽤各向同性的miso模型，当计⼊下降端时，程序报错，所以只取了前⾯的上升段，⽤5段折线模拟混凝⼟应⼒应变曲线。

ANSYS混凝土计算问题引言ANSYS作为一款强大的有限元分析软件，在混凝土结构设计中扮演着重要的角色。

但在使用过程中，我们会遇到一些问题，本文主要分析在ANSYS中进行混凝土计算时可能出现的问题以及相应的解决方法。

问题一：材料属性的选择在进行混凝土计算时，材料的选择是非常重要的，而在ANSYS中，材料属性的选择却非常的繁琐。

首先需要在ANSYS中创建新的材料属性，并指定相应的弹性模量、泊松比以及混凝土的强度参数等。

在这个过程中，我们需要确保选择的材料属性符合我们所使用的混凝土标准，否则计算结果可能会存在误差。

解决方法：建议在材料属性的选择上，我们应该非常谨慎，并注意选择我们所使用的混凝土标准对应的材料属性。

同时，在进行计算时添加合适的材料力学模型和屈服准则，以获得更为准确的计算结果。

问题二：边界条件的设定在进行混凝土计算时，经常需要设置不同的边界条件以模拟实际的工程情况。

然而，在ANSYS中，边界条件的设定较为繁琐，需要用户自己手动输入边界条件参数。

这样很容易出现手误，导致计算结果的误差增大。

解决方法：可以采用ANSYS提供的图形化界面进行边界条件的设定，避免手动输入参数导致的误差。

同时，我们应该明确每个边界条件的物理意义，并根据实际情况进行合理的选择和设置。

问题三：网格剖分的影响在ANSYS中，网格剖分对于计算结果的精度有着直接的影响。

对于混凝土的计算而言，网格剖分的密度直接决定了计算结果的准确性和精度。

解决方法：建议在进行混凝土计算时，应根据所需精度和计算要求，对模型进行合理的网格剖分。

在进行初始计算前，可以采用自适应网格划分方法，确保计算结果的准确性和精度。

结论本文主要介绍了在ANSYS中进行混凝土计算时可能遇到的三个主要问题，包括材料属性的选择、边界条件的设定以及网格剖分的影响。

针对这些问题，我们提出了相应的解决方法，同时也提醒读者在使用ANSYS进行混凝土计算时，需要格外的谨慎，选择合适的材料属性并进行合理的模型设置和计算分析。

发信人: rubors (宝马), 信区: FEA标题: 混凝土单元的应用（solid65）[转载]发信站: 同舟共济站(2002年09月08日17:16:34 星期天), 站内信件ANSYS中混凝土的计算问题【精华】最近做了点计算分析，结合各论坛关于这方面的讨论，就一些问题探讨如下，不当之处,敬请指正。

一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。

考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。

裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。

离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。

随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。

就ANSYS而言，她可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。

而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。

二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。

混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。

就ANSYS而言，其问题比较复杂些。

1.ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yield criterion)。

ANSYS混凝土问题分析1．关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式分为三种：分离式、整体式和组合式模型◆分离式模型：把混凝土和钢筋作为不同的单元来处理，即混凝土和钢筋各自被划分为足够小的单元，两者的刚度矩阵是是分开来求解的，考虑到钢筋是一种细长的材料，通常可以忽略起横向抗剪强度，因此可以将钢筋作为线单元处理。

钢筋和混凝土之间可以插入粘结单元来模拟钢筋与混凝土之间的粘结和滑移。

一般钢筋混凝土是存在裂缝的，而开裂必然导致钢筋和混凝土变形的不协调，也就是说要发生粘结的失效与滑移，所以此种模型的应用最为广泛。

◆整体式模型：将钢筋分布与整个单元中，假定混凝土和钢筋粘结很好，并把单元视为连续均匀材料，与分离式模型不同的是，它求出的是综合了混凝土与钢筋单元的整体刚度矩阵；与组合式不同之点在于它不是先分别求出混凝土与钢筋对单元刚度的贡献然后再组合，而是一次求得综合的刚度矩阵。

◆组合式模型组合式模型分为两种：一种是分层组合式，在横截面上分成许多混凝土层和若干钢筋层，并对截面的应变作出某些假设，这种组合方式在钢筋混凝土板、壳结构中应用较广；另一种组合方法是采用带钢筋膜的等参单元。

当不考虑混凝土和钢筋二者之间的滑移，三种模型都可以。

分离式和整体式模型使用于二维和三维结构分析。

就ANSYS而言，可以考虑分离式模型：混凝土(SOLID65)+钢筋(LINK单元或PIPE单元)，认为混凝土和钢筋粘结很好。

如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，如果比较困难也可以采用整体式模型(带筋的SOLID65)。

2．本构关系及破坏准则◆本构关系混凝土本构关系的模型对钢筋混凝土结构的非线性分析有重大影响。

混凝土的本构就是表示在各种外荷载作用下的混凝土应力应变的响应关系。

在建立混凝土本构关系时一般都是基于现有的连续介质力学的本构理论，在结合混凝土的力学特性，确定甚至调整本构关系中各种所需的材料参数。

通常，混凝土的本构关系可以分为线性弹性、非线性弹性、弹塑性及其他力学理论等四类。

ANSYSsolid单元整体建模的实常数问题Ansys里的solid65单元可以用来模拟混凝土，像陆新征，王新敏等人已经做过一些算例。

最近本人也在使用这个单元，以前看过一些资料，但是自己没有亲自动手作分析。

哎，什么事情都是看着容易做起来难啊，千万不能眼高于顶，呵呵。

这次做了几个算例，用到的是solid65的整体式建模。

先说一下，solid65单元模拟混凝土有两种方式。

一种是分离式建模，这又有两种思路：其一是不考虑混凝土与钢筋的滑移，钢筋和混凝土可以耦合或者共用节点，钢筋一般采用link8或者pipe20来模拟——使用这两种单元可能会因具体问题而有取舍，有的问题两者的计算结果相差很大，有时间我会做一些具体实例跟大家共同讨论；其二是考虑钢筋和混凝土之间的滑移，钢筋单元和混凝土单元之间的滑移用界面单元来模拟，在ansys中其combin39单元就是一个不错的选择。

另一种就是整体式建模了。

只有在整体式建模中solid65的实常数才真正派得上用场。

你比如，在分离式建模中混凝土单元的实常数是这样：r,1而在整体式建模中，要用到这个实常数；先看实常数的格式：r，real number,mat1,vr1,theta1,phi1,mat2,vr2,theta2,phi2,mat3,vr3,theta3,phi3real number——实常数编号；mat1，mat2，mat3——三个方向的钢筋的材料编号；theta1,phi1——前者是rebar1在xoy面上的投影与x轴的夹角，后者是rebar1与xoy平面的夹角；theta2,phi2——前者是rebar2在xoy面上的投影与x轴的夹角，后者是rebar2与xoy平面的夹角；theta3,phi3——前者是rebar3在xoy面上的投影与x轴的夹角，后者是rebar3与xoy平面的夹角；解释一下：与x轴平行的钢筋，两个角度应该是：0，0与y轴平行的钢筋，两个角度应该是：90，0与z轴平行的钢筋，两个角度应该是：0，90give several examples as follows:r,1,2,0.001,0,0,2,0.01,90,02,0.1,0,90 !reinforcements in x,y,z direc.or,r,1,2,0.001,0,90,2,0.01,90,02,0.1,0,0 !reinforcements inz,y,x direc.or,r,1,2,0.001,90,0,2,0.01,0,02,0.1,0,90 !reinforcements in y,x,z direc.上面的三个例子说明x，y，z方面的钢筋方向的定义顺序可以随意，没有特别的限制；同样有下面：r,1,2,0.001,0,0,2,0.01,90,0,2,0.1,0,90 !reinforcements in x,y,z direc.or,r,1,2,0.1,0,90,2,0.01,90,0,2,0.001,0,0 !reinforcements inz,y,x direc.or,r,1,2,0.01,90,0,2,0.001,0,0,2,0.1,0,90 !reinforcements in y,x,z direc.上面三个例子中实常数的意义是一样的。