三维有限元分析

基于plaxis二维和Madis三维有限元模型分析深基坑工程施工过程变形研究摘要：本次研究基于plaxis二维和Madis三维有限元模型分析深基坑工程施工过程变形分析，采用PLAXIS 2D有限元软件建立二维平面应变有限元模型进行基坑分区开挖对周边建（构）筑物以及地下管线的影响分析，采用Midas GTS NX有限元软件建立三维有限元模型进行基坑开挖计算及基坑开挖对周边土体及基坑围护结构的影响。

关键词：基坑工程、地变形控制、周边环境影响、有限元分析、数值模拟1.基坑施工变形分析本模型分析以真实项目为案例，项目基坑长128.7m，宽131.6m，周长507m，基坑开挖深度10.2m。

基坑采用的围护措施为地下连续墙/钻孔灌注桩+三轴水泥土搅拌桩槽壁加固(外侧兼止水)+两道硂支撑+坑内双轴水泥土搅拌桩裙边加固的围护形式，周边建（构）筑物、地下管线复杂。

在基坑工程施工中，地质情况、周边堆载、开挖深度、墙桩刚度、墙桩材料、墙桩入土深度、撑锚刚度强度、撑锚设置间距、撑锚设置位置、预应力水设置、开挖顺序、开挖深度与宽度、支撑强度、基坑降水、暴露时间等都会对基坑变形产生影响，影响因素复杂。

施工前通过plaxis二维和Madis三维有限元模型分析能准确的计算出变形值，在基坑开挖过程中有效规避薄弱位置，严格控制基坑累积变形及变化速率，是基坑变形安全控制的关键。

能否有效控制基坑变形，不仅仅是依托支护结构的可靠性，能掌握基坑各阶段变化趋势也是决定因素。

基坑施工过程中，围护体向内倾斜，导致周边土体部分下沉加剧，因周边土体部分下沉，导致室外地表下沉，土体下沉及临时结构（散水、道路）等会出现不同程度沉降，控制基坑周边附近沉降，是防止和减少环境影响的根本所在，现实施工中，地面沉降的影响因素较多，主要有;（1）开挖过程中桩墙体水平位移和桩墙身挠曲变形影响;（2）坑内过度降排水导致桩墙外围土层固结和次固结沉降;（3）坑外过度抽排水导致坑外砂土流失;（4）基坑坑底土体原因，地基土出现回弹、塑性隆起;（5）基坑内支撑折除换撑施工刚度不足，不对称传力，侧向变形。

Solidworks用来建立三维模型众所周知，但solidworks自带有有限元仿真功能可能很多人不知。

在我进入机械行业前从没用过solidworks，更不知道solidworks具有仿真的功能，后来身边的同事都在用这个，我也便开始学习。

下面把刚开始学习solidworks仿真的学习经验和想用这个软件作分析的朋友们谈谈，希望可以快速帮助大家入门。

可能很多人会有疑惑，现在大型有限元软件已经很多了，并且都很成熟，为什么还要去利用solidworks做仿真，刚开始我也有这个疑问，后来慢慢的就发现，每一个软件都有他固定优势，有些时候几种软件都可以完成一次同样的分析，但是不同软件完成任务的效率不一样。

Solidworks做仿真最大的优势在于它自身建模功能非常强大，修改模型不需要退出软件，可以及时修改，对于做设计的人员非常实用。

Solidworks仿真与workbench有些类似，都是截面操作，但solidworks仿真一般多用于机械行业，所以机械行业作分析的朋友可以好好学学。

收稿日期:2007-10-05;修订日期:2007-10-15作者简介:谢玲玲(1978-),女,安徽工业大学助教,硕士。

钢管斜轧穿孔过程的三维有限元数值模拟及分析谢玲玲,黄贞益,王 萍(安徽工业大学金属材料与加工重点实验室,安徽 马鞍山 243002)摘 要:本文以某厂狄舍尔(D i escher)穿孔机为研究对象,应用DEFORM -3D 非线性有限元分析软件对实心圆坯二辊斜轧穿孔过程进行了三维热力耦合数值模拟,通过分析圆坯的应力应变场和温度场及顶头穿孔过程中的温度场分布特征,得出管坯最大应力、应变、温度最高处位于管坯与轧辊、导盘接触区。

顶头轴向温度梯度明显,头部温度最高。

为改善顶头的工作环境和提高其使用寿命提供了理论依据。

关键词:斜轧;顶头;应力应变场;温度场;数值模拟中图分类号:TG 335 7 文献标识码:A 文章编号:1001-196X (2007)06-0043-053D -FE M nu m erical si m ulation and analysisin pi p e cross -rolli n g piercing processX I E L i n g -li n g ,HUANG Zhen -y,i WANG Ping(K ey Lab ofM ate rials and P rocessing ,Schoo l o fM ater i a ls Science &Eng i neer i ng in A nhui U nivers it yof T echno l ogy ,M a anshan 243002,Ch i na)Ab strac t :T he paper takes som e factory s D iescher punch press as a sub j ec t for study ,and uses DEFOR M,anon-linear FE M analysis so ft wa re ,for 3D heat-force coup l ed nume rica l si m u lati on for the cross-ro lli ngpro cess o f the round b l oom.Through the ana l y si s o f the cha racte ristics of the stress-stra i n fi e l d d istri buti on and te m pe ra t ure fi e l d o f the round b l oom and the temperature field o f t he p l ug i n pierci ng process ,peop l e f ound t hat the m ax i m a l stress and stra i n as w ell as t he m ax i m a l te m perature appear at t he area w here the billet and ro ller con tact ;the ax ia l te m pera t ure g radient of pl ug is c l ear w it h m ax i m al te m pe rature a t head part .A ll the resu lts have afforded theo ry basis f o r i m prov i ng t he wo rking cond iti on and the serv ice life o f the p l ug.K ey words :cross -ro lli ng;p l ug ;stress -stra i n fie l d ;temperat ure fi e l d ;nu m er i ca l si m u l a ti on1 前言斜轧穿孔是热轧无缝钢管生产的第一道变形工序,顶头在穿孔过程中直接与高温管坯接触,其受力复杂,要承受压应力、轴向力和表面摩擦力等作用,工作温度也较高。

基于子模型方法的子午线轮胎胎圈部三维精细有限元分析的开题报告一、选题背景子午线轮胎是机动车辆上广泛使用的一种轮胎，其结构包括胎面层、胎体层和胎圈层。

在轮胎使用过程中，胎圈部分承受着来自车轮、车辆负荷等多种力的作用，因此其受力情况对轮胎的性能和寿命具有重要影响。

现有的轮胎胎圈部分的有限元分析方法，大多采用整体模型的建立，以求得整个胎圈部受力情况。

但是，轮胎胎圈是一个非常复杂的结构，其受力情况存在很大的空间和位移梯度差异，因此整体模型的建立不易满足精度要求。

同时，子午线轮胎胎圈由许多小块组成，各小块的受力情况也不相同，因此子模型方法可以更好地建立此类结构的数值模型。

因此，本课题拟采用子模型方法，建立子午线轮胎胎圈部分的三维精细有限元数值模型，以分析其受力情况，为轮胎的性能研究提供数值支撑。

二、研究内容1. 子模型方法：子模型方法是一个通过建立小块数值模型来分析复杂结构的方法。

本研究将采用子模型方法，建立子午线轮胎胎圈部分的三维精细有限元数值模型。

2. 胎圈部分结构特点：子午线轮胎胎圈由多个钢丝圈组成，钢丝圈间相互卡合形成一个环状结构。

本研究将对其结构特点进行分析，以便更好地建立数值模型。

3. 材料模型的建立：子午线轮胎胎圈部分的材料具有非线性特点，因此需要建立相应的材料模型以进行有限元分析。

4. 适应多种加载条件：子午线轮胎胎圈部分在不同的加载条件下受力情况不同，因此需适应多种加载条件。

5. 结果分析：根据所建立的数值模型，分析子午线轮胎胎圈部分的受力情况，并对其影响因素进行深入分析。

三、研究意义本研究对于深入了解子午线轮胎胎圈部分的受力情况具有重要意义，进一步提高轮胎设计的精度和可靠性。

同时，本研究所建立的数值模型可应用于其他轮胎类型的胎圈部分的有限元分析中。

四、研究方法本研究将采用ANSYS软件建立子午线轮胎胎圈部分的三维精细有限元数值模型，并通过分析模型受力情况和位移来评估其性能和寿命。

同时，本研究将对模型参数进行敏感性分析，以确定模型参数对结果的影响。

实验名称： 三维实体结构的分析前面的实训练习中，是采用先生成节点，然后连接节点生成元素的方法来建立有限元模型的，它适用于结构比较简单的零件。

但是对于一些复杂结构，如果还是采用上面的方法建立有限元模型，不但非常繁琐，而且容易出错，甚至在有些情况下几乎是不可能的。

因此，本实训中将介绍三维实体结构的有限元分析。

一、问题描述图25所示为一工字钢梁，两端均为固定端，其截面尺寸为，m d m c m b m a m l 03.0,02.0,2.0,16.0,0.1=====。

试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。

其他已知参数如下：弹性模量（也称杨式模量） E= 206GPa ；泊松比3.0=u ；材料密度3/7800m kg =ρ；重力加速度2/8.9s m g =；作用力Fy 作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=-5000N 二、实训目的本实训的目的是使学生学会掌握ANSYS 在三维实体建模方面的一些技术，并深刻体会ANSYS 软件在网格划分方面的强大功能。

图25 工字钢结构示意图三、结果演示使用ASSYS 8。

0软件对该工字钢梁进行结构静力分析，显示其节点位移云图。

四、实训步骤（一）ASSYS8.0的启动与设置与实训1第一步骤完全相同，请参考。

（二）单元类型、几何特性及材料特性定义1定义单元类型。

点击主菜单中的“Preprocessor>ElementType >Add/Edit/Delete ”，弹出对话框，点击对话框中的“Add…”按钮，又弹出一对话框（图26），选中该对话框中的“Solid ”和“Brick8node 45”选项，点击“OK ”，关闭图26对话框，返回至上一级对话框，此时，对话框中出现刚才选中的单元类图26单元类型库对话框图27 单元类型对话框图28 材料特性参数对话框型：Solid45，如图27所示。

点击“Close ”，关闭图27所示对话框。