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[ETE专题]节点有限元分析在结构分析中的应用
作者:dinochen1983 日期:2019-08-16
【ETE专题】节点有限元分析在结构分析中的应用
[小编：李明]
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（1） 介绍主流的节点有限元分析软件。
（2） 介绍ABAQUS进行节点分析的特点：常用的桁架单元，梁单元，壳体及实体单元，另有tie，内嵌，coupling，连接器等接触单元（自由度处理方法），也具备线弹性材料，基于损伤理论的非线性材料，还可以自定义UMAT等。建模方面，支持复杂几何实体的IGES，SAT的格式，程序可以进行布尔运算。 由于上述的属性，ABAQUS可以很好地进行节点有限元分析。以下是整个节点分析的主要过程：
（3） ABAQUS的大部分应用场景是，采用AUTOCAD等CAD软件进行空间建模，然后采用ABAQUS进行补充建模，主要就是合并，布尔，分体及单元划分。其它应用场景有采用INPUT进行文本建模，或采用第三方的单元剖分，如HYPERMESH等，这里就不展开介绍，这里主要讲采用CAD+ABQUS的建模方法。
（4） 以下是常用的3D-CAD中用到的立体模型生成的功能，从平面到立体，有拉伸，扫掠，放样，旋转等，CAD也能进行一些简单的布尔运算：合并，减除，相交 
（5） 有限元建模分节点模型与区块模型，区块模型可以从结构模板图出发，如下所示，采用一系列的拉伸就可以建完模型了，当然还需要一些布尔运算
（6） 混凝土块体部分的建模相对简单，复杂的在块体内钢筋的建模，钢筋一般采用TRUSS单元，在CAD内是单线，采用AUTOCAD建模如下图所示。钢筋的复制建模大量采用3D-ARRAY这个CAD命令。 
（7） 钢筋的线模在建模的过程中要注意，纵筋与箍筋的距离不宜过小，钢筋不要跑到混凝土外表面去了。
（8） 构件分组：这个很重要，不同的材料不同的类型记得分组，分图层。如基础、构件、钢配件、钢筋与钢骨，都应该在不同的组，方便管理，钢板厚度不同，钢筋直径不同也需要分开。
（9） 在AUTOCAD完成大部分建模以后，我们把AUTOCAD的模型导出为IGES格式。IGES格式可以把钢筋也能包括进去，SAT格式就不可以了。
（10） 弹性模型可以不需要导入钢筋，只有弹塑性分析才需要导入钢筋网。 
（11） 在分析前，进行网格部分试算检查，有问题越早发现越好，记得另存为。 
（12） 输入材料的定义，混凝土与钢筋在进行弹塑性分析时，要输入弹塑性本构 
（13） 输入截面的定义，定义好构件截面，主要是钢筋的截面，一般采用TRUSS
（14） 组装构件:因为在前面定义好了不同的图层，所以这个分组定义就相对容易了。
（15） 定义分析设置：ABAQUS的弹塑性分析是采用自适应增量迭代法的，你需要设置最大迭代步数（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载）。
（16） 定义RP加载点，这个很重要的功能，因为节点分析的外力是从整体模型中得到，是一些杆件端部点荷载，这些点荷载要作用于实体单元上的一个面，就要作用于面上的一个代表结点，通过刚度分配到这个面上的所有点上。所以要进行RP点的指定，一般是受力的中心。 
（17） 定义tie，构件与构件的面连接，可以采用TIE进行连体， 不同组之间，无论你建模的两个面之间有多近，也是离开的（自由度独立），所以要采用TIE把这两个面帖起来。
（18） 定义内嵌（Embed），钢骨（壳元），钢筋（桁架单元）都可以内嵌于实体单元中。内嵌的作用就是实体单元的变形，会使单元内的钢筋与钢骨协同变形。
（19） 定义荷载。刚才讲的RP点就是用来加点荷载的，加载外力的方向采用右手法则。
（20） 定义位移约束（支座）。节点除了力边界，还有位移边界，采用BC（边界约束）进行定义。 
（21） 网格部分（在有限元分析中占重要地位）：第一步，剖分TRUSS单元，这是关键的一步。然后对实体，壳体进行网格划分，指定网格大小，100~300比较常用。稳定划分可以采用TET（三角形四面体）格式进行网格划分 
（22） 补充参数设置：自定义本构的位置，GPU多核计算的设置等。
（23） 导出INP的功能，导出INP方便以后进行批量计算，脱开了图形界面，采用文本修改。
（24） 运算完成后，点击RESULTS查看结果，ABAQUS的前处理就介绍这么多了，后处理需要用到一些如PYTHON的往后再介绍。 
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