彈塑性動力時程分析概述.pdf

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1、彈塑性動力時程分析概述張劍(深圳大學(xué)建筑設(shè)計研究院)【摘要】本文簡要介紹了彈塑性動力時程分析的目的、原理和方法，對目前彈塑性動力時程分析軟件的基本假定、模型、算法等方面作了扼要的描述和比較，并對上述軟件的使用作出了建議?！娟P(guān)鍵詞l彈塑性動力時程分析，混凝土塑性損傷模型，顯式算法。1引言結(jié)構(gòu)分析的主要目標(biāo)是獲取結(jié)構(gòu)的位移場、應(yīng)隨著人們對建筑功能與美觀等方面的要求不變場及應(yīng)力場，三者之間具有密切的關(guān)系，故我們斷增加及建筑師的創(chuàng)作水平日益提高，建筑結(jié)構(gòu)的僅需獲得結(jié)構(gòu)位移場即可。通過離散化的方法，可形態(tài)日趨復(fù)雜。另一方面，人們對結(jié)構(gòu)的安全性與將結(jié)構(gòu)的彈塑性動力學(xué)

2、方程表達如下：經(jīng)濟性的要求越來越高，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計難度越來越Mfi+Cfi+Ku=F(t)(1)大，傳統(tǒng)的一些簡化分析計算手段已難以滿足復(fù)雜式中：為節(jié)點位移向量，結(jié)構(gòu)連續(xù)體的位移結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。此外，結(jié)構(gòu)受力變形過程本來就場可通過節(jié)點位移向量求得；M為質(zhì)量矩陣；C為是一個非線性動態(tài)過程，要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計目標(biāo)，阻尼矩陣；為剛度矩陣；F為外力向量函數(shù)；c為就要正確把握結(jié)構(gòu)的真實行為，也就必須依據(jù)結(jié)構(gòu)時間變量。地震作用時，F(xiàn)=一M，其中髓d為地真實受力變形機制進行分析。基于上述原因，人們面運動加速度，即地震波。致力發(fā)展結(jié)構(gòu)非線性動力分析方法，彈塑性動力時由于在外

3、力作用下，結(jié)構(gòu)可能具有幾何非線性程分析屬其中的一類分析方法。與本構(gòu)非線性(彈塑性本構(gòu)是非線性本構(gòu)中的一2彈塑性動力時程分析的目的種)，結(jié)構(gòu)的形態(tài)、剛度矩陣及阻尼矩陣不斷變化，結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的一項基本內(nèi)容，使得上述方程的求解非常復(fù)雜。就剛度矩陣而言，抗震設(shè)計的基本目標(biāo)是“小震不壞，中震可修，大它是由單元剛度矩陣Ke組裝而成。根據(jù)彈塑性力震不倒”。另外，根據(jù)不同建筑的安全需求與經(jīng)濟學(xué)，單元剛度矩陣可表達為：方面的許可程度，按照性能化目標(biāo)的思想，抗震設(shè)計目標(biāo)可在基本目標(biāo)下進一步細化與提高。一般來Ke=I[][D][B]dv(2)說，在安全與經(jīng)濟雙重目

4、標(biāo)要求下，結(jié)構(gòu)在小震狀態(tài)下，它處于彈性狀態(tài)，變形也較小，此時采用線式中：1為幾何矩陣，通過幾何矩陣1，由彈性方法分析內(nèi)力與變形是可行的。結(jié)構(gòu)在中震狀位移可求得應(yīng)變；『D]為本構(gòu)矩陣，通過本構(gòu)矩陣『D】，態(tài)下，少部分構(gòu)件已進入塑性狀態(tài)且變形加大。此由應(yīng)變可求得應(yīng)力。由于非線性效應(yīng)，】、『D]矩時，若仍然采用線彈性的方法來分析，則存在較大陣是不斷變化的。對彈塑性問題而言，一旦知道任誤差。結(jié)構(gòu)在大震狀態(tài)下，大部分構(gòu)件已進入塑性何時刻的幾何矩陣、本構(gòu)矩陣，通過積分點的數(shù)值狀態(tài)，并產(chǎn)生大變形，其P一△效應(yīng)加劇，幾何非線積分，即可得到單元剛度矩陣。也就是說，各積分性

5、程度加大，故計算分析不能采用線彈性方法，也點無論是處于彈性或塑性狀態(tài)，我們都可以得到對不宜采用靜力彈塑性方法，而應(yīng)采用彈塑性動力時應(yīng)時刻的單元剛度矩陣。再通過邊界條件，即可逐程分析方法。所以說彈塑性動力時程分析方法是實步求解得到節(jié)點位移向量，進一步可求得任意一處現(xiàn)結(jié)構(gòu)大震與中震下結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的基本分析方的位移、應(yīng)變及應(yīng)力，實現(xiàn)分析的目標(biāo)。在上述離法。散化的過程中，最一般的單元是三維實體單元，其3彈塑性動力時程分析的基本原理與基本過位移模式可以是線性的或者是二次的，視精度與效程率的要求而定。在具體問題中，由于受力與變形機制的特殊性，導(dǎo)致位移場具有一些特殊性

6、，合理利張劍，深圳大學(xué)建筑設(shè)計研究院，教授級高工用這些特殊性，并作出相應(yīng)的假定，可大大提高計地址：深圳大學(xué)建工學(xué)院B座，518060算效率和精度。如采用直法線等假定形成板單元，電話：26732812采用平截面等假定形成梁單元等。8圭旦篷叁筮塑建：魚：星呈對彈塑性動力方程的求解，一般可分為兩種求第三步：將時間t變?yōu)?+at)，返回第一步。解算法：即隱式與顯式。隱式算法常采用Newmark由上述內(nèi)容可知，地震作用下彈塑性動力時程算法，它需要求解全區(qū)域的聯(lián)立方程，求解過程復(fù)分析的主要關(guān)鍵點是材料本構(gòu)關(guān)系的建構(gòu)、單元選雜，并容易導(dǎo)致結(jié)果不收斂的情況。顯式算法采用

7、用、大變形的描述、地震波選取、阻尼選取及算法中心差分法，對動力學(xué)方程進行時間積分，由一個選擇。時間增量步的動力學(xué)條件下求解下一時間增量步4ABAQUS彈塑性動力時程分析的動力學(xué)條件，當(dāng)時問增量充分小時，不會產(chǎn)生結(jié)ABAQUS是國際上最先進的大型通用有限元分果不收斂的情況，可獲得問題的解答，因此顯式算析軟件之一，它的非線性功能達到世界領(lǐng)先水平，法特別適合彈塑性動力時程分析，它的基本過程如從而使其具有力學(xué)系統(tǒng)仿真的功能，它廣泛應(yīng)用于卜：工程和科研各個領(lǐng)域。近年來，我國工程界將它成先將彈塑性動力方程改寫如下：功應(yīng)用于彈塑性動力時程分析，其分析結(jié)果得到業(yè)Mfi=

8、F(t)一C1=【一Ku(3)內(nèi)專家們廣泛認可。記P=F(￡)，，=Cf,一Ku