【ETE專(zhuān)題】節(jié)點(diǎn)有限元分析在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用
[小編：李明]

[下載講義PDF]：點(diǎn)擊下載此文件：節(jié)點(diǎn)有限元分析講義
[下載PPT文件]：點(diǎn)擊下載此文件：節(jié)點(diǎn)有限元分析PPT

 
（1） 介紹主流的節(jié)點(diǎn)有限元分析軟件。

（2） 介紹ABAQUS進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析的特點(diǎn)：常用的桁架單元，梁?jiǎn)卧?，殼體及實(shí)體單元，另有tie，內(nèi)嵌，coupling，連接器等接觸單元（自由度處理方法），也具備線(xiàn)彈性材料，基于損傷理論的非線(xiàn)性材料，還可以自定義UMAT等。建模方面，支持復(fù)雜幾何實(shí)體的IGES，SAT的格式，程序可以進(jìn)行布爾運(yùn)算。 由于上述的屬性，ABAQUS可以很好地進(jìn)行節(jié)點(diǎn)有限元分析。以下是整個(gè)節(jié)點(diǎn)分析的主要過(guò)程：

（3） ABAQUS的大部分應(yīng)用場(chǎng)景是，采用AUTOCAD等CAD軟件進(jìn)行空間建模，然后采用ABAQUS進(jìn)行補(bǔ)充建模，主要就是合并，布爾，分體及單元?jiǎng)澐?。其它?yīng)用場(chǎng)景有采用INPUT進(jìn)行文本建模，或采用第三方的單元剖分，如HYPERMESH等，這里就不展開(kāi)介紹，這里主要講采用CAD+ABQUS的建模方法。



（4） 以下是常用的3D-CAD中用到的立體模型生成的功能，從平面到立體，有拉伸，掃掠，放樣，旋轉(zhuǎn)等，CAD也能進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的布爾運(yùn)算：合并，減除，相交 

（5） 有限元建模分節(jié)點(diǎn)模型與區(qū)塊模型，區(qū)塊模型可以從結(jié)構(gòu)模板圖出發(fā)，如下所示，采用一系列的拉伸就可以建完模型了，當(dāng)然還需要一些布爾運(yùn)算


（6） 混凝土塊體部分的建模相對(duì)簡(jiǎn)單，復(fù)雜的在塊體內(nèi)鋼筋的建模，鋼筋一般采用TRUSS單元，在CAD內(nèi)是單線(xiàn)，采用AUTOCAD建模如下圖所示。鋼筋的復(fù)制建模大量采用3D-ARRAY這個(gè)CAD命令。 

（7） 鋼筋的線(xiàn)模在建模的過(guò)程中要注意，縱筋與箍筋的距離不宜過(guò)小，鋼筋不要跑到混凝土外表面去了。

（8） 構(gòu)件分組：這個(gè)很重要，不同的材料不同的類(lèi)型記得分組，分圖層。如基礎(chǔ)、構(gòu)件、鋼配件、鋼筋與鋼骨，都應(yīng)該在不同的組，方便管理，鋼板厚度不同，鋼筋直徑不同也需要分開(kāi)。

（9） 在AUTOCAD完成大部分建模以后，我們把AUTOCAD的模型導(dǎo)出為IGES格式。IGES格式可以把鋼筋也能包括進(jìn)去，SAT格式就不可以了。

（10） 彈性模型可以不需要導(dǎo)入鋼筋，只有彈塑性分析才需要導(dǎo)入鋼筋網(wǎng)。 

（11） 在分析前，進(jìn)行網(wǎng)格部分試算檢查，有問(wèn)題越早發(fā)現(xiàn)越好，記得另存為。 

（12） 輸入材料的定義，混凝土與鋼筋在進(jìn)行彈塑性分析時(shí)，要輸入彈塑性本構(gòu) 

（13） 輸入截面的定義，定義好構(gòu)件截面，主要是鋼筋的截面，一般采用TRUSS

（14） 組裝構(gòu)件:因?yàn)樵谇懊娑x好了不同的圖層，所以這個(gè)分組定義就相對(duì)容易了。

（15） 定義分析設(shè)置：ABAQUS的彈塑性分析是采用自適應(yīng)增量迭代法的，你需要設(shè)置最大迭代步數(shù)（可以理解成迭代多少步以后算不下去跳出）及最小迭代增量值（可以理解成最小每步加載）。

（16） 定義RP加載點(diǎn)，這個(gè)很重要的功能，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)分析的外力是從整體模型中得到，是一些桿件端部點(diǎn)荷載，這些點(diǎn)荷載要作用于實(shí)體單元上的一個(gè)面，就要作用于面上的一個(gè)代表結(jié)點(diǎn)，通過(guò)剛度分配到這個(gè)面上的所有點(diǎn)上。所以要進(jìn)行RP點(diǎn)的指定，一般是受力的中心。 

（17） 定義tie，構(gòu)件與構(gòu)件的面連接，可以采用TIE進(jìn)行連體， 不同組之間，無(wú)論你建模的兩個(gè)面之間有多近，也是離開(kāi)的（自由度獨(dú)立），所以要采用TIE把這兩個(gè)面帖起來(lái)。

（18） 定義內(nèi)嵌（Embed），鋼骨（殼元），鋼筋（桁架單元）都可以?xún)?nèi)嵌于實(shí)體單元中。內(nèi)嵌的作用就是實(shí)體單元的變形，會(huì)使單元內(nèi)的鋼筋與鋼骨協(xié)同變形。

（19） 定義荷載。剛才講的RP點(diǎn)就是用來(lái)加點(diǎn)荷載的，加載外力的方向采用右手法則。

（20） 定義位移約束（支座）。節(jié)點(diǎn)除了力邊界，還有位移邊界，采用BC（邊界約束）進(jìn)行定義。 

（21） 網(wǎng)格部分（在有限元分析中占重要地位）：第一步，剖分TRUSS單元，這是關(guān)鍵的一步。然后對(duì)實(shí)體，殼體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，指定網(wǎng)格大小，100~300比較常用。穩(wěn)定劃分可以采用TET（三角形四面體）格式進(jìn)行網(wǎng)格劃分 

（22） 補(bǔ)充參數(shù)設(shè)置：自定義本構(gòu)的位置，GPU多核計(jì)算的設(shè)置等。


 

（23） 導(dǎo)出INP的功能，導(dǎo)出INP方便以后進(jìn)行批量計(jì)算，脫開(kāi)了圖形界面，采用文本修改。

 （24） 運(yùn)算完成后，點(diǎn)擊RESULTS查看結(jié)果，ABAQUS的前處理就介紹這么多了，后處理需要用到一些如PYTHON的往后再介紹。 



============END==============