三维有限元计算实例

59三维有限元计算在大型水池中的应用郑国洪1，解永翠2，鲁德标3（1.云南省环境科学研究院,云南 昆明 650034；2.云南省水利水电科学研究院,云南 昆明 650021；3.中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院,云南 昆明 650051）摘　要：石屏县污水处理厂（马宝龙）调蓄池为地下全埋式水池，地下水位较高，在考虑结构安全情况下还应考虑抗浮计算。

水池为墙、板、梁、柱结构，结构较复杂，主要采用佳构（strat）有限元软件进行计算，还需pkpm 作为辅助计算完成。

关键词：水池；结构；三维有限元；结构计算；位移；应力；配筋中图分类号：TV314 文献标识码：A 文章编号：1006-3951(2016)03-0059-02DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2016.03.017Application of 3D Finite Element Calculation to Design of a Large Water PoolZHENG Guo-hong 1, XIE Yong-cui 2, LU De-biao 3(1.Yunnan Province Environmental Science Research Institute Kunming 650034, Yunnan, China; 2. Yunnan Province Water Conservancy and Hydropower Science Research Institute, Kunming 650021, Yunnan, China; 3.China Power Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)Abstract: The storage pool of Shiping County Ef fl uent Plant(Mabaolong) is an underground fully buried pool with a high underground water level and the fl oatation calculation should be taken into account under the condition of safe structure in its design. The pool is of a complex structure composed of walls, plates, beams and columns and its structural calculation was completed mainly with the STRAT fi nite element software with the aid of pkpm.Key words: pool; structure; 3D fi nite element; structural calculation; displacement; stress; reinforcement收稿日期：2016-02-22作者简介：郑国洪(1978)，男，云南宾川人，工程师，主要从事结构设计工作。

作业一：有限元分析实例实例：请对一个盘轴配合机构进行接触分析。

轴为一等直径空心轴，盘为等厚度圆盘，其结构及尺寸如图所示。

盘和轴为一种材料，材料参数为：弹性模量Ex=2.5E5，泊松比NUXY=0.3，摩擦系数MU=0.25，试采用有限元计算方法分析轴和盘在过盈配合时的应力应变分布以及将轴从盘心拔出时轴和盘的接触情况。

问题分析说明（1）本题主要分析装配过程中结构的静态响应，所以分析步选择通用静态分析步。

由于为过盈配合，属于大变形，故应考虑几何非线性的影响。

（2）模型具有轴对称性，所以可以采取轴对称模型来进行分析，先建立二维模型计算，再转换为三维模型计算，这样可以节省计算时间。

分析过程由两个载荷步组成, 第一个载荷步为过盈分析, 求解过盈安装时的情况。

第二个载荷步为将轴从盘心拔出时的接触分析, 分析在这个过程中盘心面和轴的外表面之间的接触应力。

它们都属于大变形问题, 属于非线性问题。

在分析时需要定义一些非线性选项来帮助问题的收敛。

（3）接触面之间有很大的相对滑动，所以模型要使用有限滑移。

模型建立的分析说明（1）进定义单元类型此项实例分析的问题中涉及到大变形, 故选用So li d185 单元类型来建立本实例入部件模块，的模型。

盘轴接触问题属于面面接触, 目标面和接触面都是柔性的,将使用接触单元T ARGET 170 和CO NTAT17 4来模拟接触面。

分别创建名为为part1、part2的部件。

（2）定义材料属性，在线性各向同性材料属性对话框中的EX (弹性模量) 文本框中输入 2 . 5E5,PRX Y (泊松比) 文本框中输入0 . 3,并将定义的材料属性赋予给part1和part2。

如下图所示。

（3）进入装配模块，创建两者间的装配关系。

（4）进入分析步模块定义名为step1和step2的两个分析步。

（5）进入相互作用模块，创建相互作用属性，设置摩擦系数；然后定义接触关系。

如下图所示。

（6）进入载荷模块，创建边界条件，依次定义名为BC -2（类型为：完全固定）、BC -3（类型为：位移/转角，约束U1、UR3），分析步均为Initial 。

ANSYS土工结构计算案例ANSYS－CHINA广州办事处9:00 AM目录计算题目及计算要求说明 (1)题目一 (4)一、计算说明 (4)二、计算所用ANSYS邓肯－张的E－B模型说明 (5)三、计算有限元模型及计算结果 (6)题目二 (7)一、用三维有限元模型计算 (7)二、用三维有限元模型计算 (8)题目三 (10)一、计算说明 (10)二、计算有限元模型及边界条件 (10)三、强夯地基固结计算 (10)题目四 (17)一、计算说明 (17)二、计算几何模型和有限元模型 (17)三、计算结果 (18)1、计算边界条件 (18)2、计算结果 (19)3、结论 (20)计算题目及计算要求说明题目一：高桩码头桩基与岸坡相互作用的线性有限元和非线性有线元分析题目二：大圆筒结构、波浪与地基的相互作用分析（大圆筒作为重力式码头结构，波浪为水平动荷载，门吊为竖向动荷载,地基为三层以上地基包括自抛碎石垫层、粘土层、粉细砂层和岩层，粉细砂层可能在波浪动荷载作用下液化造成圆筒倾覆）题目三:（冲击荷载下）强夯地基固结有限元分析(提供固结方程或固结方程处理方案,孔隙水压力消散计算方案、沉降计算方案及其他一些处理技巧）题目四：在降雨情况下土工格栅加筋土挡墙边坡上公路稳定分析（由上至下为公路面层，垫层,挡墙，挡墙面板采用预制混凝土块0.6⨯0。

6⨯0.6m3,混凝土后方为钩挂式土工格栅，边坡比较陡，边坡有一定排水特性）。

具体处理方案包括：1、提供计算输入界面2、计算模型或采用本构情况3、前处理方案及网格划分技巧4、特殊材料或模型嵌入技术5、计算技巧及解决方案6、后处理提供内容具体报价方案包括:进行简单报价，涉及以上题目的各模块的综合报价（包括前后处理及解决以上问题的结构与岩土问题的模块报价。

能用通用模块计算尽量用通用模块,必须用CivilFEM模块计算的请注明.提供解决方案时间：2005年5月18日之前。

题目一高桩码头桩基与岸坡相互作用的线性有限元和非线性有线元分析一、计算说明高桩码头桩基与岸坡相互作用的线性有限元和非线性有线元分析，可以用空间有限元模型或平面有限元模型数值求解。

三维有限元法计算过程三维有限元法的计算过程：1）网格单元剖分；2）线性插值；3）单元分析；4）总体刚度矩阵合成；5）求解线性方程组等部分组成。

一、偏微分方程对应泛函的极值问题矿井稳恒电流场分布示意图主要任务是分析在给定边界条件下，求解稳定电流场的Laplace 方程或Poisson方程的数值解，即三维椭圆型微分方程的边值问题：)()((0)(0)()()(000z z y y x x I F u n un u F z u z y u y x u x Lu w D ---=⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+∂∂=∂∂=∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂≡ΓΓ+Γδδδγσσσ 上述微分方程边值问题等价于下面泛函的极小值问题：dS U dxdydz fU z U y U x U U J w D ⎰⎰⎰⎰⎰Γ+Γ+ΓΩ+-∂∂+∂∂+∂∂=222221}])()()[(2{][γσσ二、网格剖分∞1ρiih ρ......1、网格单元的类型图2-5 网格单元类型2、网格单元剖分原则及其步长选择 因此，网格内的单元剖分应按以下剖分原则1）、各单元节点（顶点）只能与相邻单元节点（顶点）重合，而不能成为其它单元内点；2）、如果求解区域对称，那么单元剖分也应该对称；3）、在场变化剧烈的区域网格剖分单元要密一些，在场变化平缓的区域单元密度应小。

4）、网格单元体的大小变化应逐步过渡。

根据上述剖分原则，以x 、y 、z 坐标轴原点o 为中心，分别向x 、y 、z 方向的两侧作对称变步长剖分，距o 越远，步长应越大。

常用的变步长方法有：c i x x i i )1(1+=∆-∆+ c x x i i =∆∆+/1(i ≠0)c x x i i =∆-∆+111(i ≠0) 以上各式中c 为常数，1+∆i x 、i x ∆为同一坐标轴上相邻步长值。

以x 方向为例，可知，x 正方向与负方向对称，只相差一负号。

若令00=∆x ，只要给出距原点最近节点的坐标1x ∆，由上式即可求出其它相应的步长i x ∆。

某重力坝复杂廊道系统三维有限元结构配筋计算某重力坝复杂廊道系统三维有限元结构配筋计算在工程领域中，有关建筑、水利的工程都需要考虑结构的安全性，这就需要进行复杂的计算和分析。

某重力坝的建造就需要考虑到坝体结构的稳定性和可靠性。

因此，进行坝体结构的配筋计算是必不可少的。

在配筋计算中，三维有限元结构分析是一种常用的方法。

三维有限元分析模型能够准确地反映办公椅的受力情况，并根据应力分布加强结构的关键部位，从而让结构更加稳定可靠。

某重力坝复杂廊道系统的三维有限元结构配筋计算需要设计师充分的考虑复杂廊道系统的结构复杂性，并且需要找出具有关键性质的廊道系统中的结构部分。

在进行配筋计算过程中，应该将结构的力学原理和工程结构学原理相结合，以完整地解决问题。

在计算过程中，需要用到大量的数学公式和计算方式，例如结构弹性模量、材料强度、应力分布等。

这些数学公式和计算方式需要非常熟练的掌握，才能够保证计算结果的准确性。

除此之外，还需要综合考虑坝体结构的不同部分，如长度、宽度、厚度等方面的因素。

如果不考虑这些因素，则无法使配筋计算结果更加可靠。

进行配筋计算时，还需考虑到相关材料的价格和可获得性，以便更好地制定计划和预算。

通过研究不同的材料和结构部件，可以制定出全面有效的配筋计划。

在进行某重力坝复杂廊道系统三维有限元结构配筋计算时，需要对结构的稳定性和可靠性进行综合的分析和评估。

这将为建筑工程提供强有力的支持，并确保其达到预期的效果。

总之，在进行工程建设时,采用三维有限元结构方法进行配筋计算，不仅能够提高配筋计算的准确性和精度，也可以提高其稳定性和可靠性。