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免费版本2018-01-05
ETABS TO PERFORM-3D
Author: dinochen1983
Time: 2023-12-31
[小记]ETE2018是由陈学伟(DINO)与李明(LI MING)开发的集成程序,它可以完成结构概念设计
优化设计、模型转换、快速建模,快速验算与结构总信息统计的小程序,在设计的基础上开发,不是纯学术研究
满足工程人员对设计的极致要求。由于程序太巨大量,学习操作的教程会慢慢在DINOCHEN.COM上发布
有兴趣的工程师可以下载试用,我们定期会在微信公众号平台公布程序的最新进展
我们的微信公众号是 DINOSTRU , 或扫码关注, 微信的更新是永远最快的。
ETE2018
Author: dinochen1983
Time: 2023-12-27
ETABS to ABAQUS 内置于 ETE2018
ETABS to ABAQUS
Author: dinochen1983
Time: 2023-12-09
分类: 研究 |
预览模式: 普通 | 列表
 在这里,感谢一下硕士生林哲同学,帮助实例的编写工作!

[下载实例PDF]:
点击下载此文件:实例09_钢结构网壳的屈曲分析
[下载实例文件]:点击下载实例文件
更新时间:2012年12月15日,编辑助手:林哲

1) 问题描述:
线性屈曲分析用于研究弹性结构在特定荷载下的稳定性及确定结构失稳的临界荷载。注意,钢结构材料为弹性,分析出现的非线性行为是由几何非线性引起的,因此成为屈曲行为。本例是一个钢结构网壳屈曲分析的实例,理论分析中,网壳易出现跃式屈曲行为,此算例为经典算例。如图所示,所有杆件截面均为H200×200×12×12,在结构顶点施加恒定的竖向荷载1000 N,此荷载为荷载模式,分析主要采用位移控制加载,研究杆件的稳定性。




知识点回顾:
(1) 采用OPENSEES进行几何非线性分析;
(2) 采用ETABS帮助OPENSEES进行空间结构建模;
(3) 采用Lagrange自由度约束处理方法。

实例08_钢结构低周往复分析

下载实例pdf]:点击下载此文件:实例08_钢结构低周往复分析
[下载实例文件]:点击下载实例文件
更新时间:2012年12月13日,编辑助手:林哲

1) 问题描述:
本例是一个带支撑钢框架结构低周往复分析的实例,与前面算例Push-Over不同,在对结构施加恒定的竖向荷载后,施加一定的侧向力模式,实现基于位移控制的低周往复加载,使结构发生弹塑性行为的分析过程。实例为两层带支撑的钢框架结构,框架及支撑截面如下图所示,无楼板,所有梁柱截面均为H300×400×25×25,支撑截面为H200×200×20×12。



知识点回顾:
(1) OPENSEES中钢结构纤维截面定义;
(2) OPENSEES中采用基于刚度法的纤维单元
(3) OPENSEES中P-Delta效应对分析结果的影响
(4) OPENSEES实现低周往复分析

实例7 框架结构弹性时程分析

ETO程序(2012年12月08日版本)已更新,大家注意下载
http://www.dinochen.com/article.asp?id=149

[下载实例pdf]:点击下载此文件:实例07_框架结构弹塑性时程分析
[下载实例文件]:点击下载此文件
更新时间:2012年12月8日
1) 问题描述:
本算例采用6层的框架结构,结构主要尺寸与截面如下图所示。恒载为3.5kN/m2,活载为2.0kN/m2,混凝土楼板厚度为120mm,柱构件为C400x400,配筋率为1.2%,梁构件为B200x400,顶筋与底筋配筋率为0.6%。不采用刚度楼板假定,地震波采用单向地震,在实例目录下,GM1X为(X方向)主向地震波,钢筋采用HRB400 ,混凝土采用C35,所有材料强度均采用标准值。地震波最大峰值加速度为50gal(小震,规范为35gal)、100gal(中震)、220gal(大震),通过不断加大结构地震烈度,看结构的响应。混凝土本构采用Concrete02,考虑受拉段。注:1gal = 1 cm/s2

注意:本算例增加的新知识点,包括在恒载的基础上施加地震波时程,混凝土本构采用Concrete02,考虑受拉段的模型,上述章节所用到的增加质量源与整体阻尼的知识也会用到,对比不同烈度的地震作用后的结构响应,即对比结构处于弹性状态与弹塑性状态的区别


7) 知识点回顾:
(1) OPENSEES中不断放大地震波峰值的修改
(2) OPENSEES中材料CONCRETE02的输入
(3) OPENSEES中混合重力加载与时程分析的工况输入
(4) OPENSEES如何查看不同地震作用下的弹塑性响应及对比
(5) 通过简单的EXCEL表格,计算基底剪力。

实例6 框架结构弹性时程分析
[下载实例pdf]:点击下载此文件:实例06_框架结构弹性时程分析
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1) 问题描述:
本例仍采用实例4(实例5)的框架结构,为了方便对比,改采用弹性截面,主要进行弹性时程分析,材料为弹性,时程分析即动力分析。结构荷载情况与实例4相同(侧向力荷载不需要施加,实际侧向力为地面加速度)。计算结构在地震作用下的响应(主要提取位移结果)。(重力荷载代表值组合为1.0×DEAD+0.5×LIVE)。
注意:上述实例讲到了质量矩阵(质量源)的定义,刚度矩阵通过结构几何与材料属性得到,那么接下来只需要定义了结构阻尼,就可以进行结构动力分析,即时程分析。




7) 知识点回顾:
(1) ETABS中地震波数据的输入
(2) ETABS中弹性时程分析的设置
(3) OPENSEES中瑞利阻尼的计算及设置
(4) OPENSEES中地震波的输入
(5) OPENSEES中弹性时程分析工况的输入

实例5  框架结构模态分析
[下载实例pdf]:点击下载此文件:实例04_框架结构模态分析
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1)    问题描述:
本例仍采用实例4的框架结构,为了方便对比,改采用弹性截面。结构荷载情况与实例4相同(侧向力荷载不需要施加)。计算其各振型周期与模态。(重力荷载代表值组合为1.0×DEAD+0.5×LIVE)。
 

注意:本题主要介绍振型(模态)计算在OPENSEES的实现过程,模态分析对于结构动力分析中非常重要,往后章节的动力弹性分析,动力弹塑性分析(又称弹塑性时程分析),振型分解反应谱分析等都有着重要意义。模态分析也是检查模型是否建模正确的指标之一。


(1)    ETABS中质量源的定义及振型的输出
(2)    OPENSEES中质量源(结点质量)的定义
(3)    OPENSEES中振型的记录(Recorder)设置
(4)    OPENSEES中振型分析设置及命令流
(5)    ETO程序的振型形状图形后处理实现
实例4  框架结构推覆分析
[下载实例pdf]:点击下载此文件:实例04_框架结构推覆分析
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1)    问题描述:
本例是一个典型的高层结构静力弹塑性分析的实例,也称为Push-Over实例,即结构施加恒定的重力荷载后,施加一定分布模式(如倒三角形模式)的侧向 力,实现位移控制加载,使结构达到目标位移的分析过程。实体为四层混凝土框架结构,梁柱截面如下图所示,梁截面为B300×600、B300×500,柱 截面为C400×400、C400×600。混凝土本构及钢筋本构如下图所示。混凝土楼板厚度均为120mm,附加恒荷载DEAD为1.5kN/m2,活 载LIVE为2.0kN/m2,重力荷载代表值组合为1.0×DEAD+0.5×LIVE。求Push-Over曲线的全过程。
 
注意:本题采用弹塑性材料,进行弹塑性分析。介绍纤维单元的建模方法。



6)    知识点回顾:
(1)    框架结构在OPENSEES中的建模方法
(2)    基于楼板传荷的力学假定,将楼板的面荷载简化为梁的均布荷载;
(3)    OPENSEES及ETO程序中柱纤维截面的定义;
(4)    截面抗扭与抗剪弹性本构的计算;
(5)    OPENSEES截面组装(Section Aggregator)命令流的介绍;
(6)    OPENSEES中构件P-Delta的命令流介绍;
(7)    OPENSEES中Push-over推覆分析的命令流设置;
(8)    保持荷载稳定的loadConst命令流的介绍。
实例3  简支梁弹塑性分析
[下载实例pdf]:点击下载此文件:实例03_ 简支梁弹塑性分析
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1)    问题描述:
本例是第一个弹塑性分析的例子,OpenSEES的其中一个强项就是采用宏观单元对结构进行弹塑性分析。简支梁结构模型如下图所示,简支梁长度为3000mm,划分成6段。截面为矩形混凝土截面,截面与配筋如下图所示,混凝土与钢材的材料本构如下图所示。求解在均布荷载作用下,采用位移控制,查看结构的整个位移-荷载曲线。
 
注意:本题采用弹塑性材料,进行弹塑性分析。介绍纤维单元的建模方法。

7)    知识点回顾:
(1)    ETABS施加均布荷载选择局部坐标轴输入;
(2)    非线性梁柱单元(基于柔度法的纤维单元)的OPENSEES命令流;
(3)    非线性材料Steel01与Concrete01的OPENSEES命令流;
(4)    OPENSEES记录纤维单元截面变形的定义;
(5)    OPENSEES均布荷载的定义方法;
(6)    位移控制加载分析方法的OPENSEES命令流;
(7)    查看结构弹塑性分析结果(力-位移曲线)及截面变形查看。
OpenSEES实例02_多层框架结构静力分析

[下载实例pdf]:点击下载此文件:实例02_多层框架结构静力分析
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1)    问题描述:
    本例是一个四层的框架结构(梁柱结构)受风荷载(楼层荷载)的作用的静力分析,如图所示。本例主要演示OPENSEES弹性梁柱单元的建模与分析过程。结构模型尺寸如图所示。梁截面为200x600及400x600。柱截面为400x400和600x600,梁柱均采用C40。风荷载信息:B类场地,基本风压为0.50kN/m2,风荷载为Y方向。附加恒载为1.5kN/m2,活载为2.0kN/m2,楼板厚度为100mm。求风荷载作用下,结构的变形。


注意:本题仍然采用弹性材料,即弹性分析。介绍框架单元(梁柱单元)的建模方法。

 知识点回顾:
(1)    ETABS自动风荷载计算介绍
(2)    弹性框架单元的定义及弹性截面参数的计算;
(3)    刚性隔板的定义方法及刚心节点的约束处理;
(4)    梁柱单元的局部坐标轴的定义方法与解释
(5)    了解拉格朗日处理约束方法与刚性隔板定义的关系
OpenSEES实例01_桁架桥结构静力分析

[下载实例pdf]:实例01_桁架桥结构静力分析
[下载实例文件]:点击下载此文件

1)    问题描述:
    本题是一个传统的桁架桥结构受重力荷载(节点荷载)的作用的静力分析,如图所示。主要演示OpenSEES桁架单元在结构分析中的应用。结构模型尺寸如下图所示,上弦杆与下弦杆采用H300x500x20x20型钢,所有的腹杆(斜杆)采用H300x300x15x15,顶部采力为4个100kN的集中力(不考虑自重影响),材料采用钢材,弹性模量E为200000MPa。弹性分析,求解跨中变形值。



注意:本题开始就采用3D分析系统,不再采用2D分析系统,主要因为3D分析系统已包括2D的分析内容,用户可以举一反三了解2D问题的分析。本书主要探讨OpenSEES的分析功能及操作使用,不会拘泥于建模的细节,如节点坐标的计算,单元连接的编排。因此本书主要的建模会依靠笔者开发的ETO程序(ETABS TO OPENSEES)及ETABS程序进行建模,于是这里会谈及ETABS的一些简单操作。通过ETABS进行建模,再导成OPENSEES的命令流,通过命令流介始OPENSEES实例结构分析的整个过程。

知识点回顾:
(1)    应用ETO程序,先在ETABS建模,再导成OPENSEES命令流;
(2)    了解整个OPENSEES命令流的格式在常用的命令流;
(3)    节点建模、节点约束、弹性材料、桁架单元、节点单元输出设置、点荷载设置及分析工况设置等基本命令;
(4)    学习查看输出结果,并与ETABS进行对比,采用ETO程序后处理,显示结构变形。
OpenSEES 截面分析程序

程序下载:点击下载此文件:OpenSEES截面分析程序.rar
程序基于:openSEES v.1.7.2, TCL采用:Active Tcl 8.4.6, 可点击下载程序包:
                点击下载此文件:OpenSees_program_172.rar
使用说明:点击下载此文件:OpenSEES截面分析程序使用说明
本程序的理论背景就是:
[教程]OpenSEES超简单第二课[入门]:截面力-变形曲线计算

本程序采用编程技术开发一个将OpenSEES应用于截面分析。所谓截面分析就是定义好纤维的材料本构后,通过纤维组装与平截面假定,得到截面相关的本构,如M-φ曲线,P-M曲线或PMM曲面。程序如下图所示。输入参数后,点击显示截面可以看到纤维划分情况。
 

输入参数如下:
混凝土材料本构(采用单压Kent-Park本构)
钢筋材料本构(采用带加强段的STEEL01模型)
截面参数:本程序(2011-10-30)只有矩形柱截面。
划分单元大小:可以看出纤维的划分程度,纤维越多,分析时间越长
施加轴力:用于M-φ分析,M-φ是施加一定轴力下的曲线,负数为压力
弯矩方向:本程序(2011-10-30)只有0度方向,即Y方向。
最大弯矩曲率:分析最大的曲率值,调整适当可以捕捉屈服变形。
轴力分段:PM分析时,采用不同级别的轴力(包括拉力压力)

M-φ曲线分析结果如图所示:
 
PM曲线分析结果如图所示:
 
[教程]OpenSEES超简单第二课[入门]:截面力-变形曲线计算

点击下载此文件OpenSEES超简单第二课[入门](代码与Excel文件)

官方早已有弯矩曲率曲线的计算例子,但是对于入门者,我觉得还是比较复杂。大家知道,最简单的弹塑性分析莫过于是梁截面(轴力为0)的弹塑性分析,也就是弯矩曲率曲线的分析,其中,为了更简单,我采用了用手算都可以复核的工字钢截面作为例子。通过这个例子,大家就知道纤维单元的定义,直至截面弯矩曲率曲线出来的整个过程。分析步:
(1)题目,采用0长度单元,分析一个轴力很小的截面,受弯矩作用,从弹性至屈服的整个过程,如下图所示。

(2)打开OpenSEES程序,本文用的是OpenSEES v172,本网可以下载,打开文本编辑器即可,打入或COPY以下代码,
代码下载地址:点击下载此文件(代码与Excel文件)
wipe                                 ##清空
model basic -ndm 2 -ndf 3;           ##二维坐标空间
node 1 0.0 0.0                       ##二维坐标空间
node 2 0.0 0.0                      
fix 1 1 1 1                          ##底部约束
fix 2 0 1 0                          ##释放竖向变形与一个方向弯矩
uniaxialMaterial Steel02 101 335 200000 0.00001;    ##简单的钢本构
section    Fiber    1001    {                   ##工字钢纤维截面, 详看excel
f
fiber    185    -90    600    101
....................................................................##此处省略
}               
element zeroLengthSection  1   1   2  1001  ##零长度单元
recorder Node -file section1.out -time -node 2 -dof 3 disp  ##记录顶部变形
pattern Plain 1 Constant {         ##施加不变的轴压力荷载,P接近0,纯弯分析
    load 2 1 0.0 0.0
}                                    
integrator LoadControl 0 1 0 0     ##施加不变的轴压力荷载
system SparseGeneral -piv;         
test EnergyIncr 1e-10 200
numberer Plain
constraints Plain
algorithm Newton
analysis Static
analyze 1                   ##初分析
pattern Plain 2 Linear {       ##施加顶部的单位荷载1kNm
load 2 0.0 0.0 1e6
}
integrator DisplacementControl 2 3 1e-6  ##施加加载位移为1e-6转角
analyze 100                    ##分析100步

(3)整个纤维截面只通过FIBER就可以建立了,其实在OPENSEES里面其它建立FIBER 的命令如QUAD,RECT,LAYER都是通过转化最后还是变成一个个的FIBER。截面如下图所示:(在exel文件内)

(4)分析结果的输出,是通过如下命令:
recorder Node -file section1.out -time -node 2 -dof 3 disp  ##记录顶部变形
该命令的time并不是指时间,而是指倍数,倍数的英文也是time。也就是说你定义单位荷载的倍数,意思是达到你控制的位移时,荷载为单位荷载的多少倍,从结果文件看,第一列为倍数,也就是弯矩,第二列为弯曲变形,即2结点的3自由度的值

以下是截面分析程序xtract的计算结果,大家也可以用钢结构的公式进行计算 My=fy*Wz*Rm


11-06
13

[视频]博士答辩视频

[视频]博士答辩视频
以下是2011年6月4日答辩视频(普通话不准,已配备字幕)
这也是dinochen.com第一次上传视频到youku网,以后有一些教学视频也会放到youku网上给大家一起交流。
由于电池的原因,PPT后面一点点没讲到就结束了
结合看PPT效果更好,由于压缩后PPT的内容看不清。
 博士答辩PPT下载:
点击下载此文件:博士论文PPT的pdf文件

11-06
13

[大事]博士论文答辩现场

 博士答辩PPT下载:
点击下载此文件:博士论文PPT的pdf文件

经过两周的准备,终于在2011年6月4日迎来的我的“Big Day”,博士论文答辩。我的博士论文题目是:剪力墙结构构件变形性能指标的研究及计算平台的开发。主要分两个内容,变形性能指标研究(还没有出来的很多期刊论文)和计算平台开发(较多论文已发表),特别是计算平台的开发,里在的宏观单元及PERFORM-3D的二次开发,让我发表了一些论文,可以申请到学校及学院的优博学位论文支助。这个资助帮助挺大,由于论文彩页较多,光打印给学校的论文已经要1500元了,页数在260页左右,算是平生写得最多字的文章了。论文答辩委员会的老师有吴波教授,魏德敏教授,马宏伟教授(暨南大学),孙文波教授及我的导师韩小雷教授。通过半个小时的答辩(已录制了视频),还加上半个小时的Q&A,最后打出了满意的成绩(五个优!),我高兴了一天。帖上几张照片,差不多结束我的研究生生涯,以后将走向工作。不过,我还是会坚持写写研究类的博文,谢谢大家支持dinochen.com。

答辩现场(座无虚席,感动!!)


与答辩委员会老师位的合影!

 博士答辩PPT下载:
点击下载此文件:博士论文PPT的pdf文件

11-06
01

[大事]博士答辩通知

经过一年多的奋战,博士论文终于在2011年5月22日定稿,通过三位专家送审通过后,进入了答辩阶段,以下是我的博士论文及博士答辩的通知海报,博士论文的题目是“剪力墙结构构件变形指标的研究及计算平台的开发”。从博士论文相关的第一篇期刊论文(内容为OpenSEES的剪力墙单元的开发),整个博士论文相关的研究工作有四年之久,从2007年至2011年,所以论文的章节与字数也多了一点。在最后的三个整理论文的时间里面,由于太忙了没有与dinochen.com的网友交流,也很久没有发帖了,在这表示抱歉,在忙完博士论文后会再战博客的。

答辩时间为:2011年6月4日星期六,上午9点正,我是第一位做展示的。
地点:华南理工大学本部七号楼201室
希望广大研究生,老师前往批评指导。论文涉及的很多热点问题:OpenSEES宏观单元原理,Perform-3d的二次开发与工程应用,OpenSEES的剪力墙单元,我开发的宏观单元分析程序MESAP,修正斜压场单元MCFT等等。
博士论文的主要章节如下:
第一章  绪论 
第二章  宏观单元理论研究及结构弹塑性分析平台 MESAP的开发 
第三章  剪力墙宏观单元理论与单元开发 
第四章  修正斜压场单元理论与单元开发 
第五章  剪力墙构件低周往复试验及数值分析 
第六章  受弯控制的剪力墙构件变形性能指标研究 
第七章  受剪控制的剪力墙构件变形性能指标研究 
第八章  连梁构件变形性能指标研究 
第九章  基于性能的剪力墙结构抗震设计方法的研究 
第十章  剪力墙结构性能设计方法的算例及工程应用 
结论与展望
10-11
27

[通知]建立OpenSEES中国论坛



公元2010年11月25日,成功申请到www.opensees.org(非盈利组织org)的域名,并备案成功。于是建立OpenSEES中国学习论坛。
论坛主要是方便大家学习OpenSEES这个软件。在国外,OpenSEES已经越来越多人在用了,国外有很好的官方论坛,如 http://opensees.berkelye.edu, 但是很多是英文为主的。而且在一些校园网是上不了国外网站的,(而且官方论坛不能发表图片与附件),这样严重影响学习的交流,本网站采用Discuz系统,现在很流行的论坛系统,域名就是 OpenSEES.org, org域名是非盈利机构的组织。我的目的就是提供一个平台给大家学习与交流,请大家多多上上这个网。

请大家记得上这个论坛 www.openSEES.org 互相交流OpenSEES的情报。OpenSEES虽然是美国人开发的,但是他的前途很好,越来越多的研究人员加入开发,这是抗震研究的利器。论坛初始阶段还有积累人气,作为版主我需要发更多的资源上去来吸引学习人员的进入。希望不但但是我一个人去做,我希望大家都上去做一些发帖,因为大家的努力才会建立起好的论坛,以前的论坛很多半途而弃的原因就是因为很小人去参与,希望我的 www.OpenSEES.org 不会因为人太少而关掉,我会继续努力发帖的,希望有经验的人上去分享技巧,没经验的人上去发表问题,相信这样大家的努力下,该论坛将会超越美国的官方论坛,成为opensees的重要网站。
无论如何,谢谢大家对 www.dinochen.com 的支持,希望大家同时关注一下 www.opensees.org.



2009年亲身参加了金土木用户大会,增进了很多见闻,学习了很多关于软件与工程上的知识,获益良多。今年不能错过金土木用户大会了,而且今年刚好在上海举行,想去上海看看世博会。今年的金土木用户大会,我也会作一个简单的报告,讲述关于PERFORM-3D的最新应用及基于性能研究的最新研究成果,也就是我的博士论文的部分内容,剪力墙的抗震性能研究。
简介:
CUC'10将继续秉承“交流 沟通 分享”的大会宗旨,为广大用户搭建了一个相互交流心得,相互切磋技艺的平台。
本届大会我们将重点介绍贯入了最新抗震设计规范的ETABS全新版本,以及全新设计理念的CSI Bridge,CSI公司高层技术与管理人员将面对面地与国内工程师进行交流。针对不同专业的技术特点与关注热点,我们在大会期间还将组织与桥梁工程师和岩土工程师的技术交流,分别针对全新设计的CSI Bridge和 PLAXIS软件进行专题讨论。
特邀题目:

  报告人:扶长生 

题目---《高层建筑合理性能目标的确定和实现》

    报告人:刘鹏 

题目---《组合构件在高层结构的应用及其分析》 

    报告人:王建 

题目---《施工模拟分析在CSI软件中的应用》

    报告人:郑竹 

题目---《金土木结构系列软件弹塑性分析在若干工程中的应用》 

    报告人:姚永革 

题目---Perform-3D在超高层剪力墙结构超限设计中的应用》

    报告人:马升东 

题目---《软件时代的结构创作》 

    报告人:周玉 

题目---SAP2000在电厂建筑结构中的分析应用与注意事项》 

    报告人:王多民 

题目---ETABS在复杂高层钢结构计算分析中的应用》 

    报告人:杨必峰 

题目---ETABS在某大底盘多塔楼结构分析中的应用》 

    报告人:徐麟 

题目---《华东院应用金土木软件在世博场馆中设计体会》 

    报告人:高文军 

题目---SAP2000在桥梁抗震分析中的应用》 

   报告人:陈学伟 

题目---PERFORM-3D的工程应用与相关研究进展》 

    内容简介:1PERFORM-3D简介:基本简介,单元材料类型,求解设置;
    
2PERFORM-3D
建模技巧:建模辅助程序开发,导入模型的方法介绍;
    
3PERFORM-3D工程应用:常规工程,减振工程;
    
4PERFORM-3D与基于性能的相关研究进展:足尺钢框架比赛,剪力墙单元及性能指标研究。
  报告人简介:陈学伟,1983年生,博士生,华南理工大学土木与交通学院高层建筑结构研究所,曾任OKOK论坛编辑。参加过花园酒店白金五星级改造工程、天朗海峰工程、中洲观光门架工程、盛德大厦工程的结构分析,参加14届世界地震工程会议与日本防灾科技研究所举办的Blind-Analysis Contest比赛第三名 

 

 

[研究]MESAP的单元更新_MCFT单元理论的实现

最近很少上网,专心做一个有限元程序员。

研究剪力墙和连梁构件的非线性抗剪行为是我的博士论文的另一个主要内容,由于MVLEM在分析剪压耦合效应的构件存在不足,于是我在博士论文中的研究手段引入MCFT单元理论,即Modified Compression Field Theory。这个单元的好处在于可以通过简单的应变转换求出双轴应变应力关系。程序也比较容易编制了,由于水平有限,所以MCFT是比较好的选择,主要参考多伦多大学Vecchio教授多年的研究成果。引入MCFT到MESAP,使MESAP又增加了一些分析的功能,这部分功能对于构件分析还是有很大的意义的。
====================================================================================
MESAP增加功能如下:
(1)单元:增加MCFT单元(矩形一阶)
(2)材料:Concrete03(不考虑双压强化),Concrete04(双压强化,Kupfer二维本构相关曲线)
(3)求解器:基于割线刚度的力控制的迭代算法
(4)后处理:显示MCFT单元的应变角,应变分布图
====================================================================================
相关理论与单元适用性的论文可能往些时间整理及发表,先给几个截图给大家看看。作为山塞有限元程序,请大家给点支持,拍砖。

(1)MESAP中MCFT的模型图,以后开发接口直接读取SAP2000模型,现在这个是半自动读SAP2000模型的,未全自动化。


(2)计算后显示变形与裂缝。

 
(3)显示应变图(由于一阶单元,应变单元内等值),(4)为方便研究,建立MESAP的模型Auto Builder,这是一种新型的开发程序的功能,说白了,就是傻瓜式自动生成常用模型,如剪力墙构件。这个功能在SAP2000也体现了。




在未调整参数下能够较为准确地描述剪力墙剪坏时的荷载与变形,结果算比较满意的。
师夷之长以自强,希望一步步完善MESAP,能够实现一些实用的弹塑性分析与理论研究。

最近有空时看看最优化的书,之前没有多大的接触,在数学上属于极值求解方法。原来除了梯度法以外还有很多种直接方法的,所谓直接方法就是不用求梯度,求梯度对于有限元来说是很难的一件事,计算量太大,倒不如用直接法算了。以下介绍一下最近学的一种单纯形法(simplex method),最直接法中最基本的方法。计算流程图如图所示。

原理简单来说就是在超空间中(多于三维的话),假定超多边形,检查棱点是否可行且最小,通过不断的放大缩小使棱点碰到最小值。接下来通过DELPHI程序编个小程序,算一算经典的一些函数就知道了。DELPHI对于我来说相当于MATLAB,经常做一些数值试验。最近老觉得自已的抽象思维越来越不行了,没有图形是想像不出数学或力学的一些东西,也许是过分依赖电脑图形,抽象思维还是得煅炼一下。作为工程研究为主的我,面向抽象的数学,当然就是采用图形化把数学具体化啦,这个工作我发现国内的数学家很少去做,我经常上网看得的都是国外的学者用图形学来把抽象的数学表述出来,如分形,拓展,纤维束等。接下来写几个算例在博客上面,这些算例都是《工程优化方法》书上摘下来,有些改了一些,他的习题是没有答案的,这里也提供一些答案吧。已经是博士生了,但是我还是经常会买些奇奇怪怪的数学的书,做做后面的习题,当然啦,这么复杂的习题当然是用电脑编程来做了。

题目:用单纯形法求无约束方法:

编制单纯形法程序求解过程如下:
计算公式:RESULT:=x[0]*x[0]+x[1]*x[1]-x[0]*x[1]-3*x[0] ;


答案: x1=2.0,x2=1.0;
采用图形学技术,将三维曲面画出来,再用梯度颜色一画,查看一下极值,检验结果(这个图形小程序就是来检验结果的,因为习题没有答案):


图形界面,黑色为等值线,通过颜色可以明显看出形状,最值为x=2,y=1,z=-3,数学其实很美的!


这是一张网格图与带颜色的三维图,通过空间去看它的形状。
接下来搞一个工程问题:
有一个简单的支架结构,由两斜柱组成,重力荷载为2P=20kN,管截面壁厚T为10mm,高度H与管直径D为设计变量,要求强度与稳定满足,如公式所示,结构要求最轻,即质量最小。


这是一个二变量的优化问题,可以用图形来显示,由于存在边界,所以将边界外的值变大就行了,然后就进行单纯形优化。优化结果为H=1000x1.0=1000mm,D=100x1.6377=163.7mm,质量为1720kg。图形表达如图所示。

优化结果为H=1000x1.0=1000mm,D=100x1.6377=163.7mm,质量为1720kg。图形表达如图所示。

单纯形法也适用于多变量,由于不用求偏导,适用于有限元分析,复形法从单纯形法发展而来,具有更好的适用性。接下来学习更多的优化方法,以后再分享啦。


凹下去部分就是可行解,平台部分是不可行解,也就是失稳与超强的,任务就是找到可行区的最低点。图形的表达可以让数学不那么深奥,不那么抽象,数学不仅仅是符号的运算,........待续。




10-05
04

MESAP阶段成果:应用于剪力墙的分析

MESAP阶段成果:应用于剪力墙的分析

MESAP是我今年重点研究的项目,带有图形化界面,可持续开发的基于宏观单元理论的结构及构件非线性分析程序,带类似SAP2000的界面,类似ANSYS的命令流操作,类似OpenSEES的从纤维应力应变关系至单元至结构的,多层类集的面向对象分析程序构架。持续开发中,最后更新是 2010年5月4日。
MESAP is the main and important research project this year. It 's a macro element theroy based structure and component nonlinear analysis tool with simple graphic interface. Interface like SAP2000, input file format like ANSYS, the program Structure such as from fiber to section to element to structure, like OpenSEES. I will try my best to develop this program. Latest version is May 4th 2010.

最近少上博客的原因主要是因为要写博士论文及做相关的研究。研究我的课题“剪力墙的变形性能”的同时,逐步完善MESAP的分析功能,单元模型,材料本构及后处理功能,MESAP是一个面向对象的程序,只要架构做得好,增加与删除东西都很方便,之所以用DELPHI,是因为在界面与后处理的更新也很方便。最近也确立了MESAP的图标,如图所示。

The main reason why I renew my blog is the Doctoral Dissertation. In order to finish the research of Shear wall deformation capacity, I am increasing the function of MESAP. Not only the element and material model, but also the Post Plot System. MESAP has got the program structure similar to OpenSEES, it's very easy to add the new uniaxial material and macro element. Why I use Delphi as prgram language, becasue it's very easy to write the Prep and Post system for my analysis program. By the way, the icon of MESAP was made.


MESAP增加了Wallance论文中的剪力墙单元MVLEM,增加了Fischinger的本构,OpenSEES的Concrete01,Steel01,Concrete02,Steel02都增加进去了。相对于OpenSEES而言,大大降低了增加新型本构的难度。界面图如下,图为剪力墙构件的分析,材料Concrete01的材料定义。
The new uniaxial material developed into MESAP is Axial Spring Model from M.Fischinger. New element is MVLEM. Theory from PEER Report of John Wallance. and OpenSEES Base material for fiber model such as concrete01, steel01, Concrete02, Steel02 were added to MESAP material database too. Adding material is much more easier than adding into OpenSEES, I think. The interface is shown:



MESAP除了普通的构件内力,结点位移等数据的显示,最近还增加了一些很特别的后处理。比如说整个加载过程,截面上应力应变的分布变化,可以看出受压区的变化。如下图所示。
Let talk about the new function of the Post System. In common program, node displacement and element/frame force and moment, these output data is also provided in MESAP. further more, MESAP can show the distribution of the strain and stress along the section in animation. (You will see the animation in the flash file in the bottom.)



还有应力应变时程曲线输出,应变沿构件高度的分布(用来看塑性区的开展的),还有可以看实际轴压比的变化,可以看出轴向承载力的损伤,这对研究倒塌非常有意义。
and the time history curve of the fiber/spring stress and strain. and ... the change of axial force ratio because of the collapse of the concrete fibers.  that's very important to the collapse research.



增加了这几项后处理功能,可以查看更多关于构件非线性力学性能的信息,有利于基于性能的研究。以下是做出来的一个剪力墙的滞回曲线的全过程的录像,由于时间关系,我缩小了一些荷载步长。大家通过这个录像就明白它的建模分析过程,录像3分钟,等待一下。呵呵。滞回分析所得结果与试验结果的对比如图所示。研究的主要成果是博士论文关于剪力墙单元开发的章节及参数分析章节,期刊论文已被《工程力学》杂志录用,等待发表。关于剪力墙单元的开发的论文,在去年的全国博士生学术会议获得优秀论文奖。
After adding those new Post and Plot functions, I can check more information of the nonlinear behavior of the component. it's very good for the performance based research. Here is the Example of MESAP. the Shear wall cyclic loading test simulation. Here is the whole progress of the modelling and analysis. You can see the Push force and top displacement relationship. analysis result compare to test result. Is it good?? The detail of the program and shear wall nonlinear behavior will be written in my Doctoral Dissertation, the journal paper about the program is accpeted by the "Engineering Mechanics", and the conference paper introduce the shearwall element and MESAP is publish in "2009 Conference of Doctor Candidate in Civil Engineering", and won "exellent paper" prize.


MESAP建模分析录像:







 

10-04
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Dino Chen 笔记汇总帖


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