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《钢-混凝土混合框架结构多尺度分析及其建模方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第27卷第3期计算力学学报Vol.27,No.32010年6月ChineseJournalofComputationalMechanicsJune2010文章编号:100724708(2010)0320469207钢2混凝土混合框架结构多尺度分析及其建模方法3林旭川,陆新征,叶列平(清华大学土木工程系,清华大学结构工程与振动教育部重点实验室,北京100084)摘要:多尺度计算是保证计算精度的同时最大限度降低计算代价的有效途径,在众多学科领域和工程问题中都得到了应用。在结构有限元多尺度分析领域,要解决的一个关键问题是如何实现局部微观模型与宏观结构模型之间的共同
2、工作。为实现精细有限元模型在植入宏观结构模型时不同尺度模型界面的变形协调,提出有限元微观模型与宏观模型的界面连接方法,给出了轴向、横向和转角的约束方程。通过编制用户子程序,使该方法在有限元软件中得以实现,并通过简单的圆柱筒算例,对界面连接的合理性进行了验证。最后基于多尺度建模方法和复杂混合结构节点的精细模型,给出了钢2混凝土混合框架结构多尺度弹塑性时程分析的应用实例,结果表明多尺度计算可较好模拟节点的复杂边界条件。本文建议的界面连接方法可有效实现不同尺度模型界面的变形协调,为工程结构进行多尺度提供了条件。关键词:多尺度;界面连接;有限元;工程应用;弹塑性时程
3、分析中图分类号:TU311.41文献标识码:A等,存在较大困难。1引言而基于实体单元的微观分析,虽然可以较好把随着有限元技术的迅速普及,工程计算非线性握结构的微观破坏过程,但由于计算机能力和建模已经得到了迅猛发展。目前常用的工程非线性计工作量的限制,实际复杂结构的分析完全依赖微观算可以分为以下两大类:(1)基于杆系模型、壳模模型模拟是不现实的。而从整体结构中取出局部型和宏模型等宏观模型的整体结构非线性计算;构件进行微观分析,又难以准确确定其边界条件。(2)基于实体单元的复杂构件、节点等局部结构非特别是对于地震等复杂往复灾害荷载,构件边界条线性计算;但随着技术
4、的不断发展,上述两类分析件就变得更加复杂,事先难以准确预知,进而构件都日渐难以满足工程计算更高精细化的要求,各自计算得到的滞回性能、耗能能力、变形能力和实际[1]问题分别阐述如下。情况也可能有显著不同。故目前工程计算迫切对于宏观模型而言,虽然具有计算量小的优需要提出一个可以同时模拟结构局部微观破坏和势,但却难以反映结构破坏的微观机理,对以下一宏观整体行为的计算模型。而多尺度计算就是解些微观行为,如①构件的局部失稳破坏;②节点破决该问题的有效途径。坏;③接触问题(接触分析往往需要准确了解构件多尺度计算近年来已经在多个领域得到广泛的形状,而宏观单元由于把实际三维
5、结构简化为一应用,它可在精度和计算代价之间寻求一个较好的维杆件或二维壳体,在接触分析方面也存在困难);平衡点。多尺度分析一般指整个分析模型由不同④温度场等多物理场分析(如火灾导致结构破坏分尺度(如不同的原理、算法等)的模型构成的建模或析中,构件截面不同部位存在温度差异和热量传导)[227]分析过程。在结构有限元分析领域,国内外研[225]究人员对多尺度计算进行了初步的研究探索和收稿日期:2008209209;修改稿收到日期:20092052241[6,7]基金项目:国家十一五支撑计划(2006BAJ03A02);国家自然实践。在不同研究领域中,多尺度计算模型
6、的科学基金重点(90815025);国家自然科学基金构造方法大致可分为尺度分离和尺度间耦合两(50808106)资助项目1[8210]作者简介:林旭川(19842),男,硕士生;种,前者着眼于在分析对象的不同部分采用不陆新征3(19782)男,博士,副教授同尺度,后者着眼于寻找宏观与微观之间的联系。(Email:luxz@tsinghua.edu.cn);叶列平(1960),男,博士,教授.对于工程结构而言,目前需求最为迫切的是基于尺470计算力学学报第27卷度分离思想的多尺度计算模型,即根据结构构件或2.1.1不同尺度模型轴向位移与转角的协调节点的复杂程度
7、和破坏过程中的非线性程度,选择由于壳单元存在平面外的转角自由度,而梁单适当尺度的分析模型,并实现不同尺度模型之间的元结点存在三个空间转动自由度,本文按照平截面协同计算。例如:对于受力复杂、破坏严重的关键原则实现不同尺度模型间转动自由度的传递。图1构件、关键节点,基于空间实体单元的微观尺度有为梁单元模型与实体单元模型或壳单元的连接,为限元模型可以较好地反映其材料开裂、屈服、失稳了表达方便,首先引入局部坐标系xoy,以宏观模等局部非线性行为特征。而对于常规的梁、柱、墙、型的结点B为原点,x轴平行于宏观模型的梁轴线板构件,杆系模型或壳单元等相对宏观尺度模型,方向,
8、y轴垂直于梁轴线,如果存在z轴垂直于x轴已经可以较好
