钢桥材料非线性分析

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1、钢桥材料非线性分析midasFEATrainingSeries钢桥的材料非线性分析二.建立基本模型一.概要1.分析概要很多研究人员对钢结构的非线性特性提出了各种分析方法，以此为基础形成了明确的钢结构塑性理论。目前即便不做试验，以塑性理论为基础的材料非线性分析也能相对准确的反应钢结构的非线性特性，既节省了时间也节省了费用。另外，通过不断变换各种结构参数进行分析，可以确定结构在不同参数状态下的响应，这也为结构方案的优化提供了依据。1.打开结构模型2.分析步骤本例题将介绍midasFEA的材料非线性分析的步骤和方法。例题中除了介绍钢

2、结构的材料非线性分析功能，还会介绍分析过程中应注意的事项。midasFEA中钢结构的材料非线性分析步骤如下：2.结构模型简介本例题是为了介绍钢结构材料非线性分析的步骤及确认结果的方法，所以将省略建立结构模型的过程，直接打开已经建立的模型。如上图所示，本例题模型是由两根纵梁组成的三跨梁桥。桥面板使用了实体单元，其它部位采用了板单元。为了计算结构在极限荷载作用下的响应，在第一跨的右边梁跨中加载了大小为IMPa的均布荷载。53midasFEATrainingSeries钢桥的材料非线性分析二.定义材料本构2.非线性材料特性?范梅塞斯

3、本构模型模型特性范梅塞斯本构模型是金属材料中使用最频繁的材料模型，公式如下：非线性分析屮一般会将总荷载分成几个步骤逐渐加载，在各荷载步中为了得到收敛结果会采用反复计算方法。在线性阶段一般不需要反复计算,但是在非线性阶段至少需要2次或以上的反复计算。在每个荷载步的反复计算过程中，不仅会体现材料的本构关系，还会根据上烦的公式随时验算材料是否发生了屈服。在此Y(k)为单轴屈服强度，即用户在初始屈服强度中输入的值。1.定义非线性材料本构模型?定义材料本构模型的方法在midasFEA中的分析>材料…中定义非线性材料本构模型。材料对

4、话框分为两部分。在对话框的上半部分的“结构”中输入一般线弹性材料特性。弹性分析时使用在这里输入的材料特性。材料在屈服后进入塑性阶段时使用的材料特性在对话框的“本构模型”中输入。选择本构模型后，需要输入相应的一些参数。midasFEA中提供了丰富多样的材料本构模型。・本例题分析模型为钢桥，因此选择了范梅塞斯本构模型。范梅塞斯(VonMises)本构模型是金属材料中使用较多的材料本构模型，比较适合钢桥的材料非线性分析。范梅塞斯材料本构参数比较简单，首先在初始屈服应力中输入钢材的屈服应力。本例题的材料的屈服强度360MPao屈服后的

5、特性在“硬化/软化函数”中定义。如果是完全塑性，则不定义函数直接选择“无”。本例题假设钢材为完全塑性材料。硬化现象材料硬化是表示材料在发牛屈服后，屈服强度继续增加的现象。上图的材料硬化图形表现的是硬化特性的输入方法。图中的kO,kl…值为塑性应变，fO,fl…是塑性应力。输入材料试验中获得的材料屈服以后的应变和对应的应力即可。如果材料是完全塑性材料，可以不定义函数，直接选择“无”就可以得到下图中完全塑性本构模型。54midasFEATrainingSeries钢桥的材料非线性分析二.定义分析工况1.定义分析工况标准可以重复选择

6、。本例题使用位移标准的收敛条件。?NewtonRaphson方法介绍如左侧图形所示Newton・Raphson方法在每个迭代计算过程中都使用更新的切线刚度，所以收敛速度较快。当分析模型较大时，Newton-Raphson方法在计算切线刚度时需耍较多的计算。当最初迭代计算阶段得到的解与最终得到的解相差较大时，可能发生不收敛。所以，Newton-Rapshon方法虽然在收敛计算中所需的迭代计算次数较少，但是在各迭代计算次数中花费的计算费用较高时间较长。对于其它迭代计算方法,可参考程序的分析手册。?对输出控制功能的说明在输出控制中用

7、户可以选择要输出的各种分析结果0midasFEA中默认输出所有的分析结果，但是在模型比较大时，用户为了节省计算时间和减小模型文件的大小，可以冇选择地输出分析结果。1.自动调整荷载步的概念2.分析控制?分析控制>非线性用户选择的分析类型不同，分析控制对话框中的参数也不同。本例题是进行材料非线性分析，所以在分析控制对话框屮选择“材料非线性”。女口果要同时考虑大变形，可以同时勾选“几何非线性”。反复计算的方法可以选择收敛性较好的NewtonRaphson方法，并同时勾选自动调整荷载步选项。midasFEA屮提供能量标准、位移标

8、准、荷载标准三种收敛标准。收敛?自动调整荷载步非线性分析的收敛性能随着结构的不同会有较大差异。同时荷载步的荷载增量较大时，在荷载步中可能会不收敛。特别是与初始刚度相比结构的刚度衰减较大时，即便在较小的荷载增量中也需要进行更多次的迭代计算，有时需55midasFEATraini