短肢剪力墙结构体系弹塑性静力仿真分析

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1、5基于ANSYS的工程结构仿真试验研究王建祥苏枋李双喜于建军（新疆农业大学水利与土木工程学院.新疆农业大学实验室与基地管理处河北科技师范学院土木建筑系）摘要：针对实验教学设备的不足，介绍了仿真试验的诸多优点：能够弥补实验室硬件条件的局限；具有可以节约大量的人力、物力和财力；同样的试验可以重复做多次，且缩尺模型试验不具有“失真”效应等。根据仿真试验的思路，利用ANSYS软件对L形短肢剪力墙进行了承载能力分析。仿真试验不仅拓宽了实验教学的空间，而且为学生创新能力和科研能力提供了有利的途径。关键词：ANSYS工程结构仿真试验研究计算机仿真

2、是对自然现象、系统工程、运动规律以至人脑思维等客观世界进行逼真的模拟。这种仿真是数值模拟进一步发展的必然结果。随着计算机科学的发展，仿真技术已经广泛地应用于航天、航空系统、交通运输系统、库存系统、市场预测系统等各个领域中，并取得了明显的效果。现在钢筋混凝土有限元理论已广泛应用于土木工程领域，这方面发展越来越迅速，而大型的通用有限元软件也随之产生，如：ANSYS、SAP、NASTRAN等[1]。结构试验在“混凝土结构理论”的诞生和发展过程中起着不可估量的作用。目前世界各国的混凝土结构设计规范都是以大量的试验数据为基础而建立起来的。体型

3、特殊、结构复杂的混凝土结构物往往还要通过整体结构的模型试验来验证设计理论、改进设计方法。在结构试验教学中，仿真试验弥补实验设备的不足，使结构实验教学具有系统性、设计性和科学研究性，为培养学生动手能力和创新能力提供了一个好的平台[2,3]。所以近年来，计算机仿真技术在结构工程中的应用日益普遍。一、计算机仿真试验的优点计算机仿真试验具有以下优点：1、模拟试验系统提供仿真的试验环境和设备条件，弥补实际实验室硬件条件的局限，减少试验设备投入，缓解了试验时间和空间的限制以及实验设备的矛盾，而且不会因操作失误而损坏仪器设备。2、计算机仿真是利用

4、计算机模型进行试验，它具有利用模型进行试验的一系列优点，费用低、且易于进行真实系统难以实现的各种试验等。3、有些系统的模型难以用一般的数学形式表达；有的虽然能用数学形式表达，但没有解析方法求解；有的虽然有解析解，但其数学过程过于复杂、计算量过大，往往需要耗费大量的人力、物力和财力，同样的试验很难重复做多次，且缩尺模型试验具有“失真”效应。用计算机仿真则不受这些限制，从而便于仿真技术的推广。正因为有以上一系列优点，计算机仿真已经成为科学研究的一个重要方法。二、结构仿真试验的基本思路仿真技术实质上就是建立仿真模型和进行仿真试验的技术。计

5、算机仿真的过程一般有三个步骤（图1）：第一步，建立仿真模型。第二步，在计算机上开发仿真系统。第三步，应用计算机仿真系统进行仿真实验。结构仿真分析必须有三个条件：（1）有关材料的本构关系，或物理模型，这可以由小尺寸试件的性能得到。（2）有效的数值方法，如差分法，有限元法。（3）丰富的图形显示软件及各种视景系统。基于这三个条件的仿真分析思路，见图2。5图1仿真试验的一般过程图2仿真试验的基本思路对于有些宏观的结构分析，或对具有随机性、模糊性的事件或物理量，难以通过本构关系、微分方程等精细的数学方法去描述，这时可借助于更广义的数学模型。这

6、种数学模型是在大量实验数据或调研数据的基础上，抓住了问题的基本规则而建立起来的。这些数学模型也常用于仿真分析。图形仿真并不是传统意义上的数值计算的图形后处理，后处理仅仅是把数值计算得到的数据用图形的方式表现出来。而由于在数值仿真中总是在不同程度上作了模型简化，特别是对于大型复杂结构的分析而言，不可能对每一个构件作精细的模拟，因而数值仿真模型简化程度越高，可供描述现象的数据信息也就越少，仅仅依靠这些信息，在大多数情形下都难以满足现象描述的需要。图形仿真必须是很具体的，只有把结构各局部的变形、破坏过程描述出来，才能得到整体的变形、破坏过

7、程。因此，与数值仿真相比，对于图形仿真而言，建模同样是必须的。由于图形仿真的对象（如构件开裂）大多不确定，且影响因素很多，因此图形仿真的建模方法更多地应采用专家系统、人工智能和模糊理论的建模方法，并与数值仿真的数学模型紧密结合，充分利用数值仿真的结果。混凝土结构荷载-变形关系的计算机仿真分析方法，按材料性能和变形特征可分为线性分析方法和非线性分析方法。线性分析只适用于结构开裂前且为小变形时的情况；结构开裂后或为大变形时则应采用非线性的分析方法（非线性包括材料非线性和几何非线性）。按加载方式又可分为静力分析方法和动力分析方法。破坏过程

8、的计算机仿真可以反映结构的薄弱部位、破坏机理和破坏特征，为结构方案的比较、结构性能的评估、事故原因的分析、结构的修复和加固提供必要的理论依据。结构破坏过程的计算机仿真一般是通过数值分析和图形动画系统对结构损伤发展的过程进行模拟，因而它