[转贴]：关于钢筋混凝土结构有限元分析模型的思考

HHSoft

[B]1 结构有限元分析流行的几种模型及其特点[/B]
比较公认的有分离式模型(discrete model), 分布式模型(smeared model)(也有称整体式模型)，组合式模型(也有称埋藏式模型embedded model)三种 (上述三种也称xxx钢筋模型)。
分离式模型把钢筋和混凝土作为不同的单元处理，例如混凝土采用solid65，而钢筋采用link8等，可以根据不同的单元类型进行组合。在该模型中可以插入联结单元考虑粘结和滑移，当然如果认为粘结很好，也可以不考虑联结单元问题。该模型是唯一可以考虑钢筋和混凝土之间的粘结特性的。众所周知，钢筋混凝土是存在裂缝的(否则钢筋难以发挥作用)，而开裂必然导致钢筋和混凝土变形不协调，也就是说必然存在粘结失效和滑移的产生，因此这种模型被广泛的应用。单元刚度矩阵的推导与一般有限元相同。
分布式模型是把钢筋以一定的角度分布于整个单元中，并认为二者粘结很好，单元是连续均匀的材料。单元刚度矩阵推导时，先组合弹性矩阵[D]，然后求得[K]。
组合式模型也认为二者之间粘结很好，没有相对滑移；又分为分层组合式、带钢筋膜的单元等方式。与分布式模型不同，该单元刚度矩阵推导时分别求出各自的单刚，然后组合起来，此为二者的差异。
[B]2  ANSYS采用的分析模型[/B]
可以考虑分离式模型(discrete model)和分布式模型(smeared model)。在分离式模型中，你可以选择不同的单元划分方式，例如钢筋用体单元而非link8，但是这种模型的收敛性常存在问题。对于分布式模型，SOLID65可以考虑三种钢筋材料，应该也够用了，这种模型比较容易得到收敛的解(这里的收敛是指尚没有达到破坏时候的解,当结构破坏时不能收敛是正常的)。
当然SOLID65不仅仅是考虑钢筋，而是“增强材料”，可以是钢筋、竹、FRP类等，也即SOLID65可以用于各种复合材料的分析。
[B]3 裂缝处理的主要方式[/B]
裂缝的发生机理及其裂缝理论可参考各种教材和书籍，这里不予赘述。而这里所言是钢筋混凝土有限元分析中裂缝的数学模型，由于裂缝的处理比较困难，因此其处理方式也很多，可谓百花怒放。但主要且常用的有三种方法：离散裂缝模型(discrete cracking model)、分布裂缝模型(smeared cracking model)、断裂力学模型。
①离散裂缝模型：也称单元边界的单独裂缝模型，即将裂缝处理为单元边界，一旦混凝土开裂，就增加新的结点，重新划分单元，使裂缝处于单元和单元边界之间。该法可以模拟和描述裂缝的发生和发展，甚至裂缝宽度也可确定。但因几何模型的调整、计算量大等，其应用受到限制。不过也因计算速度和网格自动划分的实现，该模型有可能东山再起。
②分布裂缝模型：也称单元内部的分布裂缝模型，以分布裂缝来代替单独的裂缝，即在出现裂缝以后，仍假定材料是连续的，仍然可用处理连续体介质力学的方法来处理。即某单元积分点的应力超过了开裂应力，则认为整个积分点区域开裂，并且认为是在垂直于引起开裂的拉应力方向形成了无数平行的裂缝，而不是一条裂缝。由于不必增加节点和重新划分单元，很容易由计算自动进行处理，因而得到广泛的应用。
③断裂力学或其它模型：断裂力学在混凝土结构分析领域的研究十分活跃，但主要都集中于单个裂缝的应力应变场的分布问题，对于多个裂缝及其各个裂缝之间的相互影响问题，研究工作目前尚不成熟，到能够应用于实际路程还很遥远。
ANSYS采用分布裂缝模型。
      ——摘自《中国有限元联盟》，by jgyhw

dapo

万分感谢！真让我茅塞顿开呀！谢谢大虾您啦！



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鱼头豆腐

现在老板叫我作的无单元法有限元就是对付开裂的

njh_008

关于非预应力结构还可以分析，不知道您对预应力结构如何分析？

chen2008hui

我觉得具体实施过程中 箍筋也是需要考虑的 不知道大家如何做?