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- --()CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM工程分析软件应用基础铰链连接强度模拟仿真分析院系名称：机械与储运工程学院专业名称：机械工程学生：海峰学号：2012214517指导教师：王文明完成日期2013 年5 月 3 日一．问题提出重型机械一直以来都是中国企业发展的重要行业，其技术含量也比较高，与汽车行业类似，其也是CAE应用的重点领域。
这个案例就是取材于重型机械起重机吊架中间的强度校核，其中案例模型中的零部件已经过简化，并缩小了零部件的尺寸，其主要目的就是减小计算机的执行成本。
但是并不影响该案例的执行效果，其完全可以应用到具体的析项目中.。
固定支架是用螺栓固定到其他零部件上，受力板通过铰链与固定支装配形式在机械行业中应用得非常多，而且其强度一般都能满足设计要求。
二．案例求解1．定义部件（Part）Step 1启动ABAQUS/CAE，创建一个新的模型数据库，重命名为The contact analysis of gemel，保存类型为The contact analysis of gemel.cae。
Step 2从Module列表中选择Part，进入Part模块，在模型树中单机Part图标，打开Create Part 对话框，设置第一个部件的Name为Part-gudingzhijia-left(左固定支架)，Modeling Space为3D，Base Feature 中设置Shape为Solid，Type为Extrusion，Approximatesize 为0.05，单机Continue...按键进入草图环境；单机工具箱中的（Create Lines: Connected），过以下各点作一条封闭的曲线：（0.0,0.0）、（0.015,0.0）、（0.015,0.001）、（0.001,0.001）、（0.001,0.01）、（0.0,0.01）、（0.0,0.0），单击提示区的Done按键，弹出Edit Base Extrusion 对话框，输入拉伸度Depth为0.012，单击OK按键，完成拉伸操作，生成左固定支架的第一个特征。
【2017年整理】Abaqus Explicit 接触问题1. Abaqus/Explicit 中的接触形式双击Interactions，出现接触形式定义。
分为通用接触(General contact)、面面接触(Surface-to-Surface contact)和自接触(Self-contact)。
1. 通用接触 General contact通用接触用于为多组件，并具有复杂拓扑关系的模型建模。
General contact algorithm• The contact d omain spans multiple bodies (both rigid and deformable) • Default domain is defined automatically via an all-inclusive element-based surface • The method is geared toward models with multiple components and complex topology。
• Greater ease in defining con tact model2. Surface-to-Surface contactContact pair algorithm• Requires user-specified pairing of individual surfaces• Often results in more efficient analyses since contact surfaces are limited in scope3. 自接触(Self-contact)自接触应用于当部件发生变形时，可能导致自己的某两个或多个面发生接触的情况。
如弹簧的压缩变形，橡胶条的压缩。
• 容易使用• “自动接触”• 节省生成模型的时间• 通用接触算法一般比双面接触算法快机械约束形式• 运动依从 Kinematic contact method (只有接触对形式可用,General contact不可用)默认的运动接触公式达到的计算精度与接触条件相一致。
基于ABAQUS分析结合面粗糙度对UHPC铰缝接触面损伤的影响施颖;孟科坦;罗东海【摘要】以UHPC作铰缝填料的高强空心板桥为研究对象, 利用通用有限元软件ABAQUS建立三主梁、两铰缝, 跨度为10m的空心板有限元模型, 计算在结合面光滑S、中度粗糙M和粗糙R这3种粗糙度状态下极限荷载作用时接触面的损伤特性, 并对不同位置接触面进行正应力和剪应力分析.结果表明:结合面光滑状态时仅自重作用下铰缝的接触面较负载铰缝先发生损伤, 其他两种状态则相反;结合面无论何种粗糙度状态, 接触面最下缘位置始终是损伤起始位置, 且接触面损伤主要是由横向受拉引起.若使用UHPC作铰缝填料, 甚至推广到作纵横接缝, 均可考虑将铰缝或接缝下部接触面做成粗糙结合面, 而上部及中部接触面做成中度粗糙结合面, 达到安全、耐久和经济的效果.%Based on high-strength concrete hollow slabs with UHPC as the filler of hinge joints, a FEM of a hollow slab with a span of 10 m, composed of three beams and two hinge joints, is established by the software ABAQUS to analyse the damage characteristics of contact surfaces under the ultimate load and the normal and shear stresses at different positions in three different roughness states:smooth (S) , midrough (M) , and rough (R) .Results show that, when the bonding surface is smooth, the hinge joint under no loads is damaged faster than that under loads.For the other two states, however, the opposite results are observed.The damage initiates at the bottom for any roughness conditions and the contact surface is damaged mainly due to the transverse tensile stress.If UHPC is used to fill hinge joints or served aslongitudinal and horizontal joints, it is suggested that the rough bonding surface of UHPC joints should be made on the bottom contact surface, while the upper and middle contact surfaces are designed to be the midrough bonding surface of UHPC joints to achieve safety, durability, and economy.【期刊名称】《浙江工业大学学报》【年(卷),期】2019(047)001【总页数】5页(P13-17)【关键词】ABAQUS;UHPC铰缝;粗糙度;接触面;损伤;应力【作者】施颖;孟科坦;罗东海【作者单位】浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州 310023;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州 310023;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州 310023【正文语种】中文【中图分类】U441.4;U443.31装配式预应力砼简支空心板桥因其设计标准化、生产集成化、施工装配化、工程造价低、建筑高度小、整体美观和结构受力明确等优点,已成为中小跨径桥梁建设中的首选,但空心板间铰缝病害问题一直是遏制其被更加广泛推广的关键因素。
基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析1. 引言1.1 背景介绍热冲压成形是一种重要的金属压制加工方法，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。
热冲压成形可以在金属板材加工过程中实现快速成形和高精度，同时也能改善材料的塑性变形性能。
热冲压成形接触问题是该工艺中的关键问题之一，直接影响产品质量和加工效率。
通过对热冲压成形接触问题的深入研究，可以优化工艺参数，提高成形质量和效率，降低生产成本。
目前，随着计算机仿真技术的发展，研究人员可以利用ABAQUS 等有限元软件对热冲压成形接触问题进行数值模拟分析。
通过建立合适的模型和边界条件，可以模拟实际加工过程中的力学行为和热传导过程，得到准确的结果。
基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析已经成为研究的重要方向，有助于揭示工艺中的关键问题，指导实际生产中的操作。
1.2 研究目的热冲压成形是一种先进的金属成形工艺，在汽车、航空航天和其他工业领域具有广泛应用。
研究旨在探讨基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析方法，以提高热冲压成形工艺的效率和成形质量。
具体目的包括：1. 分析热冲压成形中的接触问题，探讨接触压力分布、接触变形和接触面积等关键参数对成形质量的影响。
2. 建立热冲压成形接触问题的数值模拟方法，深入研究不同参数下的接触行为，为优化工艺提供理论依据。
3. 开展热冲压成形接触问题的实例分析，验证数值模拟方法的准确性和可靠性，为工程实践提供指导。
通过对热冲压成形接触问题的深入研究，旨在为提高热冲压成形工艺的稳定性、成形精度和生产效率提供理论支持，推动热冲压成形技术的进步和发展。
1.3 研究意义热冲压成形是一种在汽车工业、航空航天等领域广泛应用的先进制造工艺，其通过将金属材料在高温下进行塑性变形，以获得复杂形状和高强度的零部件。
研究热冲压成形接触问题对于优化成形工艺、提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。
研究热冲压成形接触问题可以帮助了解成形工艺中材料之间的接触行为，验证成形过程中的接触压力分布和接触面积变化等参数。
abaqus点面接触注意事项全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：Abaqus是一款常用的有限元分析软件，在使用中常常涉及到点面接触。
点面接触是在分析中经常遇到的一种情况，它是指在不同几何形状的结构或零件之间可能发生的接触现象。
在使用Abaqus进行点面接触分析时，有一些注意事项是需要特别注意的，下面我们来详细介绍一下。
要注意建立合适的模型。
在进行点面接触分析之前，需要对几何模型进行准确建模。
确保模型中所有的几何特征都得到充分考虑，包括接触面的几何形状和尺寸等。
还需要确保模型的边界条件设置正确，以及模型的单元划分合理，单元质量良好。
只有建立了合适的模型，才能保证接触分析结果的准确性。
要注意选择合适的接触类型。
在Abaqus中，有多种不同的接触类型可供选择，如“全局表面到面”接触、“局部表面到面”接触等。
在进行点面接触分析时，需要根据具体的问题情况选择合适的接触类型。
如果选择了错误的接触类型，可能会导致接触分析无法收敛或者结果不准确。
要注意设置合适的接触参数。
在进行点面接触分析时，需要设置一些接触参数，如接触摩擦系数、接触刚度等。
这些参数的设置直接影响到接触分析结果的准确性和收敛性。
需要在进行接触设置时，仔细调整这些参数，确保其合适性。
要注意进行接触区域的生成。
在进行点面接触分析时，需要生成接触区域，即在接触面上生成网格。
接触区域的生成需要满足一定的准则，如网格密度要适中，要保证较小的单元可以精细地描述接触情况。
还需要注意接触面的几何形状，确保接触面的几何特征得到充分考虑。
要注意进行接触后处理。
在完成点面接触分析后，需要进行后处理分析，以获取准确的结果。
在后处理过程中，需要关注接触压力分布、接触面滑移情况等。
通过对这些信息的分析，可以评估接触分析的准确性和有效性。
进行Abaqus点面接触分析时，需要注意建立合适的模型、选择合适的接触类型、设置合适的接触参数、生成合适的接触区域以及进行合适的接触后处理。
abaqus点面接触注意事项全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：Abaqus是一款广泛应用的有限元分析软件，用于对结构、零件等进行力学性能分析。
在使用Abaqus进行模拟分析时，点面接触是一个非常常见的接触形式，也是模拟分析中一个非常重要的环节。
点面接触涉及到点和面之间的接触行为，因此在进行模拟分析时需要特别注意一些关键的注意事项，以确保分析结果的准确性和可靠性。
首先，对于点面接触的定义和模拟方法需要有清晰的认识。
点面接触是指两个物体之间的接触行为，其中一个物体的接触部分是一点，而另一个物体的接触部分是一面。
在Abaqus中，点面接触通常通过定义接触对来实现，其中一个面的节点称为接触法线面，另一个面的节点称为接触表面。
通过定义接触对的方式，可以模拟点面接触的力学行为。
其次，在进行点面接触模拟时，需要注意选取适当的接触算法和参数设置。
在Abaqus中，有多种接触算法可供选择，如基于界面法、基于节点法等。
不同的接触算法适用于不同类型的接触问题，因此需要根据具体情况选择合适的接触算法。
此外，还需要设置接触参数，如接触刚度、摩擦系数等，以确保点面接触的力学行为与实际情况相符。
另外，在进行点面接触模拟时，需要考虑到接触状态的变化和接触行为的描述。
点面接触通常涉及到接触状态的切换，如粘附、滑移、分离等。
在Abaqus中，可以通过定义不同的接触行为来描述不同的接触状态，以实现接触状态的切换。
此外，还需要考虑到接触面之间可能存在的不完全接触、过度接触等问题，并通过适当设置参数来解决这些问题，以确保模拟分析的准确性。
最后，在进行点面接触模拟时，需要进行合理的后处理与结果验证。
通过合理的后处理，可以分析并评估模拟结果，了解接触行为的演化过程和影响因素。
此外，还可以通过实验数据与模拟结果进行比较，验证模拟的准确性和可靠性。
通过不断优化和验证，可以提高模拟结果的准确性，为工程实践提供可靠的参考依据。
综上所述，点面接触在Abaqus模拟分析中具有重要的地位，需要特别注意一些关键的注意事项。
基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析
热冲压成形是一种使用热量加热金属工件，然后用压力将其形成为所需形状的工艺。
在这个过程中，接触问题是一个关键问题，他会影响成形件的形状、尺寸和表面质量。
在ABAQUS软件中，可以使用接触算法来模拟接触问题。
接触算法将接触面分解为小单元，然后计算每个单元之间的接触力和接触面的变形。
由此可以确定接触面的状态，包括接触区域、滑动区域和分离区域。
在热冲压成形中，需要考虑两种接触问题：金属和模具之间的接触和金属与金属之间的接触。
针对金属和模具之间的接触，需要考虑表面形态和材料传热。
ABAQUS提供了多种接触算法，包括无限制的接触、节点到表面接触和表面间接触。
其中，表面间接触算法能够考虑表面形态，因此更适用于热冲压成形中的接触问题。
针对金属与金属之间的接触，需要考虑材料的摩擦性质。
ABAQUS可以使用Coulomb摩擦模型来描述摩擦特性，其中摩擦系数可以根据实验数据进行确定。
需要注意的是，在热冲压成形中，材料和模具可能会出现严重的热变形。
这会影响接触面的状态和接触力。
因此，在ABAQUS中，需要使用热力学模拟来考虑材料的热变形，以更准确地模拟接触问题。
总之，ABAQUS软件可以很好地模拟热冲压成形中的接触问题，并且可以根据实验数据进行摩擦系数的确定，为热冲压成形的工艺开发提供有力的支持。
第４７卷第１期２０１９年２月浙江工业大学学报J O U R N A LO FZ H E J I A N G U N I V E R S I T Y O FT E C HN O L O G YV o l ．４７N o ．１F e b ．２０１９收稿日期:２０１７Ｇ１２Ｇ１４作者简介:施㊀颖(１９６３ ),男,浙江兰溪人,教授级高级工程师,主要从事桥梁工程设计与研究,E Ｇm a i l :z j _s y２００３＠１６３．c o m .基于A B A Q U S 分析结合面粗糙度对UH P C 铰缝接触面损伤的影响施㊀颖,孟科坦,罗东海(浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州３１００２３)摘要:以UH P C 作铰缝填料的高强空心板桥为研究对象,利用通用有限元软件A B A Q U S 建立三主梁㊁两铰缝,跨度为１０m 的空心板有限元模型,计算在结合面光滑S ㊁中度粗糙M 和粗糙R 这３种粗糙度状态下极限荷载作用时接触面的损伤特性,并对不同位置接触面进行正应力和剪应力分析.结果表明:结合面光滑状态时仅自重作用下铰缝的接触面较负载铰缝先发生损伤,其他两种状态则相反;结合面无论何种粗糙度状态,接触面最下缘位置始终是损伤起始位置,且接触面损伤主要是由横向受拉引起.若使用U H P C 作铰缝填料,甚至推广到作纵横接缝,均可考虑将铰缝或接缝下部接触面做成粗糙结合面,而上部及中部接触面做成中度粗糙结合面,达到安全㊁耐久和经济的效果.关键词:A B A Q U S ;UH P C 铰缝;粗糙度;接触面;损伤;应力中图分类号:U ４４１．４;U ４４３．３１㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A文章编号:１００６Ｇ４３０３(２０１９)０１Ｇ００１３Ｇ０５T h e i n f l u e n c e o f r o u g h n e s s o f b o n d i n g su r f a c e s o n t h e c o n t a c t s u r f a c e d a m a g e o f h i n g e j o i n t sw i t hU H P Cb a s e do nA B A QU S S H IY i n g ,M E N G K e t a n ,L U O D o n gh a i (C o l l e g e o fC i v i l E n g i n e e r i n g a n dA r c h i t e c t u r e ,Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,H a n gz h o u３１００２３,C h i n a )A b s t r a c t :B a s e d o nh i g h Ｇs t r e n g t h c o n c r e t e h o l l o ws l a b sw i t hUH P Ca s t h e f i l l e r o f h i n g e jo i n t s ,a F E M o f ah o l l o ws l a b w i t has p a no f １０m ,c o m p o s e do f t h r e eb e a m sa n dt w oh i n ge j o i n t s ,i s e s t a b l i s h e db y t h es of t w a r eA B A Q U St oa n a l y s et h ed a m a gec h a r a c t e r i s t i c so f c o n t a c ts u r f a c e s u n d e r t h eu l t i m a t e l o a d a n d t h en o r m a l a n d s h e a r s t r e s s e s a t d i f f e r e n t p o s i t i o n s i n t h r e ed i f f e r e n tr o u g h n e s s s t a t e s :s m o o t h (S ),m i d r o u g h (M ),a n dr o u gh (R )．R e s u l t ss h o wt h a t ,w h e nt h e b o n d i n g s u r f a c ei ss m o o t h ,t h eh i n g e j o i n tu n d e rn ol o a d si sd a m a ge df a s t e rt h a nt h a tu n d e r l o a d s ．F o rt h eo t h e rt w os t a t e s ,h o w e v e r ,t h eo p p o s i t er e s u l t sa r e o b s e r v e d ．T h e d a m a ge i n i t i a t e s a t t h e b o t t o mf o r a n y r o ugh n e s s c o n di t i o n s a n d t h e c o n t a c t s u r f a c e i s d a m a g e dm a i n l y d u e t o t h e t r a n s v e r s e t e n s i l e s t r e s s ．I fUH P C i s u s e d t o f i l l h i n g ej o i n t s o r s e r v e d a s l o n gi t u d i n a l a n d h o r i z o n t a l j o i n t s ,i t i s s u g g e s t e d t h a t t h e r o u g hb o n d i n g s u r f a c eo fUH P C j o i n t s s h o u l db em a d e o n t h eb o t t o mc o n t a c t s u r f a c e ,w h i l e t h e u p p e r a n dm i d d l e c o n t a c t s u r f a c e s a r e d e s i gn e d t o b e t h e m i d r o u g hb o n d i n g s u r f a c e o fUH P C j o i n t s t o a c h i e v e s a f e t y ,d u r a b i l i t y ,a n d e c o n o m y ．K e y w o r d s :A B A Q U S ;UH P Ch i n g e j o i n t ;r o u g h n e s s ;c o n t a c t s u r f a c e ;d a m a g e ;s t r e s s ㊀㊀装配式预应力砼简支空心板桥因其设计标准化㊁生产集成化㊁施工装配化㊁工程造价低㊁建筑高度小㊁整体美观和结构受力明确等优点,已成为中小跨径桥梁建设中的首选,但空心板间铰缝病害问题一直是遏制其被更加广泛推广的关键因素.２００９年,美国各州的桥梁调查报告中显示,沿铰缝混凝土纵向开裂或者沿铰缝与主梁结合面开裂的桥梁数量约占病害空心板桥梁的７５％,其中大约３８％桥梁病害是铰缝处开裂[１].而铰缝填充材料料自身的力学性能㊁填料与混凝土主梁的结合能力较差是引起铰缝损伤的主要诱因.２００８年,美国联邦公路局已经提出UH P C铰缝的设计,利用UH P C代替传统的灌浆料,这种超高性能混凝土有着很高的机械咬合性能和黏结强度.正应力和剪应力强度得到增强的UH P C铰缝填料减少了铰缝潜在的受压破坏,而高黏结强度减少了铰缝和主梁结合面的潜在破坏.UH P C的实质仍然是一种水泥基复合材料,源于D S P,M D F和钢纤维混凝土的活性粉末混凝土R P C,在此基础上于１９９３年L a r r a r d等提出超高性能混凝土(U l t r aＧh i g h p e r f o r m a n c ec o n c r e t e,UHＧP C)的概念[２].UH P C的超高性能主要是超高的力学性能和超高的耐久性,超高的力学性能是较普通混凝土优越的抗拉性能㊁抗压性能和抗折性能;超高的耐久性使复合材料的徐变能力较普通混凝土高[３],氯离子扩散系数仅是普通混凝土的１％,电阻率是普通混凝土的１２倍;上述高黏结强度则是来自于UH P C和空心板的高黏结力和较大的摩擦力.由于以上优越的材料性能,UH P C被应用于桥梁工程领域,在瑞士UH P C被应用于桥梁附属结构的建造及桥梁加固领域;德国的G a r t n e r p l a t z桥和马来西亚的单跨简支梁B a t u６桥均采用UH P C建造[４];２０１７年,H u s s e i n等在研究中指出空心板铰缝开裂问题的不断出现,主要是由于传统的铰缝灌浆料和空心板黏结强度不足造成的,由于这些问题的不断出现,近年来在欧美国家很多专家学者进行了UHＧP C应用于空心板铰缝填料的相关研究[５],但U H P C 在作为铰缝灌浆料时铰缝结合面粗糙度对铰缝接触面损伤特征的影响却鲜有研究,为此笔者将基于A B A Q U S有限元软件对U H P C铰缝接触面损伤与空心板结合面粗糙度的响应规律进行了分析研究.１㊀建立有限元模型１．１㊀结构概况依据２００８年交通行业公路桥梁通用图中１０m 跨径,桥面净宽１０．２５m,斜交角为０ʎ的装配式预应力砼简支空心板桥为工程背景并进行结构简化.由于行车轨迹太规则是造成单板受力的重要原因,根据张继新[６]在分析铰缝应力状态的过程中为方便进行有限元计算分析,选取２块边板㊁１块中板和２条铰缝建立三维实体几何模型,运用A B A Q U S６．１４进行有限元模拟计算,分析不同粗糙度下铰缝接触面的损伤特征,而铰缝和空心板结合面根据粗糙程度可划分为３种不同的类型:结合面光滑S(即２００３年A S T M指定的混凝土接触面属性[７])㊁结合面中度粗糙M(即通过喷砂抹面形成的结合面[８])和结合面处于粗糙状态R(即R u s s e l l和G r a y b e a l所推荐的裸露粗骨料的UH P C接触面[９Ｇ１０]).有限元中将通过改变结合面接触属性精确模拟铰缝和空心板结合面粗糙度,进而计算分析UH P C铰缝接触损伤对结合面粗糙度的响应规律.１．２㊀计算模型相关属性１．２．１㊀材料参数铰缝采用UH P C,鉴于分析和研究空心板和桥面铺装均采用高强混凝土;根据H u s s e i n等研究定义有限元模型中的混凝土材料属性[５],如表１所示.表１㊀有限元模型中混凝土材料属性T a b l e１㊀U H P Ca n dH S C p r o p e r t i e s u s e d i nF Em o d e l i n g 变量名称属性UH P C高强混凝土弹性模量/G P a５３４１泊松比０．１９０．１７抗压强度/M P a１５８．５８７５．００极限拉应力/M P a１５．９４．８断裂能/(N m－１)８７．５６１２０．００膨胀角/(ʎ)１５３６流动势偏移量０．１０．１σb０/σc０１．１６１．１６k c２/３２/３黏度参数０．００００．００１１．２．２㊀混凝土损伤模型A B A Q U S软件中有两种混凝土本构模型,即混凝土弥散裂缝(C S C)和混凝土损伤塑性(C D P)模型.C h e n等认为对于超高性能混凝土UH P C而言,C D P较C S C在非线性分析阶段更容易收敛,分析结果与试验相符[１１Ｇ１２],以下研究中混凝土损伤模型均采用C D P模型.UH P C的拉伸行为和受压行为具体参数见图１中的UH P C应力 应变曲线[１３],有限元C D P模型详细参数取用表１所列.图１㊀有限元模型中U H P C单轴应力—应变曲线F i g．１㊀U n i a x i a l s t r e s sＧs t r a i n r e s p o n s e o fU H P Cu s e d i nF Em o d e l４１ 浙江工业大学学报第４７卷１．２．３㊀结合面接触属性韩菊红等[１４]通过４组８７个新老混凝土黏结构件的断裂试验,发现构件的破坏均出现在混凝土和铰缝的结合面处,结果表明铰缝的抗剪强度实际是由铰缝和空心板结合面的抗剪强度决定的,而结合面的粗糙程度和黏结强度是影响抗剪强度的主导因素.研究过程中铰缝和空心板结合面相互作用的黏结行为应当采用A B A Q U S 中的T r a c t i o n Ｇs e pa r a Ｇt i o n 模型,该黏结滑移模型与接触面黏结滑移的双折线模型极其类似,其黏结滑移过程如图２所示[１５],基于以上分析并结合铰缝的工作机理,在建模过程中采用S u r f a c e Ｇb a s e d c o h e s i v e b e h a v i o r 接触类型模拟铰缝和主梁的接触和黏结失效行为,其中接触面的相对滑动选择S m a l l s l i d i n g 的表面和表面的接触.图２㊀包含失效准则的黏结滑移双折线模型F i g ．２㊀B o n d Ｇs l i p m o d e l o f t r a c t i o n Ｇs e p a r a t i o n r e s po n s e 对于有黏聚力的接触表面选择二次应力破坏准则,只有当接触面应力比的二次方之和等于１时接触面才开始出现损伤.模型中铰缝和空心板间结合面接触属性的黏结行为具体参数如表２所示[５].二次应力破坏准则表达式为t n t ０n æèçöø÷２＋t s t ０s æèçöø÷２＋t t t ０t æèçöø÷２＝１(１)表２㊀铰缝结合面接触属性T a b l e ２㊀M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f b o n d i n g i n t e r f a c e 接触面相互作用参数接触面属性光滑中度粗糙粗糙K n n/(N m m －３)１３５８１３５８１３５８K s s ,K t t/(N m m －３)２０３５８２０３５８２０３５８t ０n,t ０s,t ０t/M P a ３．０２５．０１５．６３塑性位移/m m０．０１８０．１１７０．２４１稳定性０．００１０．００１０．００１摩擦系数０．４４１．０９１．４４内聚力,黏聚力/M P a３．０２５．０１５．６３１．２．４㊀等效荷载及边界条件为使有限元模型在计算过程中容易收敛,将外荷载转化为具有一定截面尺寸和一定质量密度的等效实体自重,加载位置平面示意图如图３所示[１６],根据公路桥涵设计通用规范[１７]车辆荷载的技术指标拟定等效实体的纵向间距为１．４m ,横向间距为１．８m ,实体截面尺寸为０．６０mˑ０．２０mˑ０．２０m ,边界条件为空心板板端在三维模型中采用简支约束.图３㊀等效荷载作用位置示意图F i g ．３㊀D i a g r a mo f l o c a t i o n f o r e qu i v a l e n t l o a d １．２．５㊀单元类型、网格属性模型中空心板㊁铰缝㊁支座㊁桥面铺装层及等效质量块均采用三维实体单元,单元类型采用适应于A B A Q U S /S t a n d a r d 分析的八结点线性六面体单元(C ３D ８I ),为保证网格质量边板翼缘底部有少量楔形单元(C ３D ６).整体模型有C ３D ８I 单元３７９３０个,C ３D ６单元２０４８个,具体网格划分情况如图４所示.图４㊀三梁空心板桥有限元模型网格划分F i g ．４㊀F Em e s h o f t h e f u l lm o d e l o f t h r e e a d ja c e n tb o x b e a m s ２㊀分析结果２．１㊀铰缝接触损伤特征分析在进行铰缝接触损伤分析时,采集铰缝与空心板结合面的接触面应力.接触面应力主要包含横向正应力㊁纵向剪应力和竖向剪应力.对于铰缝结构的各向应力状态而言,荷载横向最不利位置为一侧轮载作用在铰缝,而另一侧轮载位于该铰缝相邻板梁位置,纵向最不利位置为轮载作用于跨中[１６];铰缝结合面在３种不同粗糙度状态下铰缝结构损伤发生时其受力性能的响应规律,其研究过程中对应区域应力采集图式如图５所示,定义铰缝底缘为y ＝０m m ,上部３５０~４８０m m 为结合面A ,中部８０~３５０m m 为结合面B ,下部０~８０m m 为结合面C .针对１．２．４的加载工况,３种结合面粗糙度状态分别当结构加载至１０２５．１０,１０５１．８５,１０８０．６１k N时,此时接触面开始损伤,定义该状态为D I 状态５１ 第１期施㊀颖,等:基于A B A Q U S 分析结合面粗糙度对UH P C 铰缝接触面损伤的影响(D a m a g e i n i t i a t i o n),表３为该状态不同结合面粗糙度的接触损伤特征.根据损伤起始位置,接触面应力选取１,２号铰缝实体１,２荷位对应的单元为研究对象,其应力采集图式见图５.图５㊀铰缝结合面应力采集图式F i g．５㊀S t r e s s c o l l e c t i o n s c h e m e o f h i n g e j o i n t b o n d i n g s u r f a c e ２．２㊀铰缝接触损伤应力状态分析２．２．１㊀不同粗糙度下铰缝１接触面损伤规律根据表３结合图６(a),结合面光滑状态时当结构加载至１０２５．１０k N时,铰缝１的结合面C发生损伤,此时接触面横向最大拉应力２．５８M P a,而其余两种粗糙状态下横向正应力均已超出２．５８M P a,但铰缝尚未发生结合面损伤,且３种粗糙度下结合面A和B的接触横向正应力曲线趋于重合.接触面B处于拉压交互状态,整个接触面A处于受拉状态,结合图６(b,c),由于铰缝１上外荷载未直接加载,接触面横向剪应力和竖向剪应力受结合面粗糙度的影响程度较弱.表３㊀不同粗糙度状态下的接触损伤特征T a b l e３㊀C h a r a c t e r i s t i c s o f c o n t a c t d a m a g e i nd i f f e r e n t r o u g hＧn e s s s t a t e s接触面损伤变量接触属性光滑中度粗糙粗糙极限荷载/k N１０２５．１０１０５１．８５１０８０．６１应力比二次和１．００５１．０２４１．０２１损伤起始位置铰缝１接触面C铰缝２接触面C铰缝２接触面C 最大拉应力/M P a２．５８４．８０５．４２图６㊀铰缝１在D I状态下应力随接触面粗糙度变化曲线F i g．６㊀T h e s t r e s s c h a n g e c u r v e o f h i n g e j o i n tN o．１w i t hd i f f e r e n t b o n d i n g s u r f a c e r o u g h n e s s ２．２．２㊀不同粗糙度下铰缝２接触面损伤规律根据表３结合图７(a),结合面中度粗糙状态时当结构加载至１０５１．８５k N时,铰缝２的接触面C发生损伤,此时接触面横向最大拉应力４．８０M P a,较光滑状态增大１１．６３％;而结合面粗糙状态时当加载至１０８０．６１k N时,铰缝２的接触面C发生损伤,此时接触面横向最大拉应力５．４２M P a,较光滑状态增大１４．５８％.上述两种粗糙度状态下接触面损伤发生时,接触面B处于拉压交互状态,而整个接触面A均处于受压状态.㊀㊀结合表３综合分析图６,７可以得出如下结论:１)结合面光滑状态时仅自重作用下铰缝１接触面较负载铰缝２接触面先发生损伤,其他两种状态则相反;２)结合面粗糙度变化对接触面C的横向正应力影响最大,虽然接触面C处于拉剪应力状态,但横向正应力超限是引起UH P C铰缝接触面发生损伤的最主要因素,与张继新分析的普通混凝土铰缝横向正应力研究结论一致[６];３)不论结合面处于何 ６１ 浙江工业大学学报第４７卷图７㊀铰缝２在D I状态下应力随接触面粗糙度变化曲线F i g．７㊀T h e s t r e s s c h a n g e c u r v e o f h i n g e j o i n tN o．２w i t hd i f f e r e n t b o n d i n g s u r f a c e r o u g h n e s s种粗糙状态均是C接触面拉应力先达到极限状态接触面开始损伤,接触面A和接触面B的横向拉应力受结合面粗糙度影响程度较弱;４)接触面损伤开始时结合面粗糙度对铰缝接触面A和接触面C的纵向正应力影响微乎其微,而接触面B中部由于外荷载的增加而导致其纵向正应力增大,但纵向正应力均在材料的容许应力范围之内.３㊀结㊀论根据以上分析铰缝和空心板结合面粗糙度对铰缝损伤的影响规律,可知如果把UH P C作为铰缝填充材料或纵横接缝使用时,可以将UH P C铰缝或纵横接缝下部接触面作粗糙结合面,而上部及中部接触面设计为中度粗糙结合面.虽说现阶段用UHＧP C作铰缝填料还是比较奢侈,而且还需要一系列的试验研究,但UH P C材料是工程师的新宠,一定会有很大的应用前景,同时通过分析研究也佐证了现用空心板铰缝接触面凿毛的重要性.参考文献:[１]㊀R U S S E L L H G．A d j a c e n t p r e c a s t c o n c r e t e b o xＧb e a mb r i d g e s:c o n n e c t i o nde t a i l s[R]．W a s h i n g t o n,D C:T r a n s p o r t a t i o n R eＧs e a r c hB o a r d,２００９．[２]㊀徐海宾,邓宗才．超高性能混凝土在桥梁工程中的应用[J]．世界桥梁,２０１２,４０(３):６３Ｇ６６．[３]㊀叶德艳,杨杨,洪钟,等．高性能混凝土早期拉伸徐变的实验研究[J]．浙江工业大学学报,２００８,３６(３):２８６Ｇ２８９．[４]㊀陈宝春,季滔,黄卿维,等．超高性能混凝土研究综述[J]．建筑科学与工程学报,２０１４,３１(３):２Ｇ１５．[５]㊀HU S S E I N H,WA L S H K,S A R G A N DS,e t a l．M o d e l i n g t h es h e a r c o n n e c t i o n i na d j a c e n tb o xＧb e a mb r i d g e sw i t hu l t r a h i g hＧp e r f o r m a n c e c o n c r e t e j o i n t s．I:m o d e l c a l i b r a t i 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