ABAQUS后处理二次开发在结构弹塑性分析中的应用

在弹塑性分析的后处理阶段,通常需要依托大量的分析结果数据对结构进行抗震性能评价,而目前通用有限元软件ABAQUS的后处理功能无法详细提供结构设计过程中所需的数据。为高效、准确的提高结构大震弹塑性分析的效率,节省工程人员在后处理分析时所花费的时间和精力,利用面向对象的脚本语言Python对有限元软件ABAQUS进行了二次开发,实现层间位移角和结构损伤指标的自动计算,并将计算结果以曲线方式输出。文中讨论了ABAQUS自定义功能内核脚本的编写方法和图形用户界面开发的基本方法和流程,分析了插件程序开发中的问题及解决措施,并通过两个算例验证开发插件的正确性。     

循环荷载下MCFT混凝土结构模型

本文将单调荷载下MCFT模型发展到循环荷载并开发到通用有限元软件ABAQUS上,循环荷载下的MCFT模型是由单调荷载下的混凝土拉压曲线结合本文设定的混凝土加载卸载路径而成,编制的ABAQUS程序可以分析钢筋混凝土平面应力结构受循环荷载作用的非线性性能。通过柱、梁、剪力墙以及框架边、内节点实例分析,验证本文编制的程序对多种类型的结构分析都具有有效性。得出的主要结论是本文编制的程序可以准确计算循环荷载作用下钢筋混凝土结构的极限承载能力,数值分析的滞回曲线能很好地模拟出试验曲线的捏拢效果,表明本文方法对ABAQUS自带模型的改进是明显的。     

结构动力弹塑性与倒塌分析(Ⅱ)——SAP2ABAQUS接口技术、开发与验证

开发并实现了由大型商业软件SAP2000导入ABAQUS有限元模型的接口程序——SAP2ABAQUS,明确交代了适用于隐式算法UMAT与显式算法VUMAT的inp数据格式并给出了相应注记。SAP2ABAQUS接口程序基于Microsoft VS2008平台并采用Visual C#语言开发而成,提出并设置界面为导航方式,可自由选择生成隐式或显式格式的inp数据文件,不仅直接可转换不同截面杆系构件、壳体、组以及约束等信息,而且可将材料纤维信息直接转化为inp文件,包括难于处理的适用于隐式和显式算法的的钢材纤维、剪力墙配筋率等。可转化型钢构件包括圆形钢管、箱形钢管、工字钢与角钢,混凝土构件包括钢筋混凝土、圆钢管混凝土、方钢管混凝土、I字型以及十字形型钢混凝土。采用SAP2ABAQUS接口程序,对几种典型形式的结构模型分别转化,对比转化前后的模型信息以及模态分析结果,进一步验证了开发SAP2ABAQUS的可行性与准确性。该项工作可极大提高ABAQUS前处理的工作效率和模型转化的准确性。     

结构动力弹塑性和倒塌分析(Ⅲ)——地震差动作用下输电塔—线体系的弹塑性与倒塌分析

首先,建立SAP2000有限元模型,采用接口程序SAP2ABAQUS生成为ABAQUS有限元模型。然后,明确给出长周期显式动力加载法实现重力作用下静力效果的加载过程,以完成的重力作用下索找形和初始刚度施加,最终实现重力分析与后续地震激励下动力加载的续接。进而,分别计算四类边界条件的结构体系的动力特性,并通过对转化前后模型的构件与结构模态分别进行对比,从而考察SAP2ABAQUS接口程序的转化精度。此外,更新升级自主开发的MEMS_b V2012.8至MEMS_b V2013.5,并生成多点地震动。最后,通过ABAQUS主程序中开发的子程序进行弹塑性和倒塌分析,考虑大变形和差动输入。结果表明:(1)从实际工程角度验证了所开发接口程序SAP2ABAQUS的转化准确性与高效性;(2)从实际工程角度验证了所开发子程序的可行性与现实可靠性;(3)长周期动力加载法实现静力重力加载过程,理论严格合理、现实可行,克服了隐式静力重力方式加载与显式动力分析不续接问题;(4)从模态与理论分析两方面说明以四塔三线体系作为研究对象的必要性和可信性;(5)地震动的一致与差动输入对于构件塑性铰的出现与发展分布有显著影响,进一步说明多点地震动对于此类结构体系的地震弹塑性反应的必要性。     

基于ABAQUS的粘弹性边界单元及在重力坝抗震分析中的应用

考虑了2种不同的地震输入模型,即无质量地基模型和考虑辐射阻尼的粘弹性边界模型。以大型非线性有限元程序ABAQUS为平台,采用FORTRAN语言开发了用户单元子程序VSB_UEL.for,将粘弹性边界有效地嵌入到ABAQUS中。在尽量避免求解自由场的前提下,将离散的地震荷载转化为等效结点荷载,编写的计算程序可以方便地将等效荷载施加到人工边界结点上,并通过数值算例验证了粘弹性边界单元及波动输入程序的正确性,其求解效率和计算精度均令人满意,最后将该程序应用到在建的某水电站厂房坝段的抗震分析中。结果表明,与传统的固定边界无质量地基相比,考虑了粘弹性人工边界后,坝体的动力响应峰值减小了20%~40%;在进行结构动力响应分析时,考虑无限域地基的辐射阻尼影响是很有必要的。文中的用户子程序及波动输入程序很容易扩展至三维,为同类工程的抗震分析提供了简洁、合理的计算模式。     

静动力边界转换及其合理性验证方法的研究

繁琐复杂的静动力边界转换处理是进行静动力耦合模拟的关键步骤,为了研究黏弹性边界条件下传统静动力边界转换的合理性及其验证方法的适用性,本文首先根据弹性叠加原理提出了一种验证静动力耦合模拟分析中静动力边界转换合理性的方法（参考解法）;然后基于有限元软件ABAQUS,并结合自行研发的适用于成层介质的黏弹性边界施加和等效节点力计算程序VBEA2.0,对多土层自由场静动力耦合模型和土-地下结构静动力耦合模型进行了地震反应分析,对参考解法的适用性进行了探究;最后使用本文提出的参考解法,对一种典型的未进行合理静动力边界转换的自由场模型进行了分析,探讨了静动力边界转换产生振荡的原因和机理。研究结果表明：用于验证静动力边界转换合理性的参考解法,既适用于多土层自由场静动力耦合计算模型,又适用于土-结构相互作用的静动力耦合模型;静动力边界转换后产?生的振荡是静动力耦合计算模型静力不平衡所导致,一般是因为未合理施加边界反力或单元应力。     

基于ABAQUS的行车过程中桥梁动挠度模拟

为研究桥梁结构在行车过程中动挠度的变化,同时考虑传统动荷载试验方法耗费人力、不利于桥梁快速检测与桥梁健康评估的局限性,提出基于ABAQUS软件模拟行车过程中桥梁动挠度的方法。首先将车辆荷载等效为振动移动荷载;然后根据车辆实际轴距、轮距和轮胎尺寸,在桥梁模型上划分行车带,通过Dload子程序,将荷载作用在行车带上;最后根据车速设置分析步和增量步时长,控制荷载在不同时间作用在行车带各区域模拟车辆运动。将该方法应用于实际连续箱梁桥动荷载试验中,对比分析各工况下的实测结果与模拟结果。实测结果与模拟结果基本一致,表明基于ABAQUS软件模拟行车过程中桥梁动挠度的方法可实现桥梁动挠度的快速检测评估,为通过动荷载试验数据评估桥梁安全提供简便方法。     

曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥动力特性分析

为了分析与评价桥梁的动力性能,了解桥梁的刚度分布特征,采用有限元程序Midas/civil探讨了曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥的有限元建模方法。分别建立62m和122m跨径桥梁的空间有限元模型,计算其自振频率和振型特征。得出结论:桥梁主桁横向刚度相对最弱,全桥竖向刚度居中,全桥抗扭刚度相对最大;该桥型的振型复杂,桥梁多阶主振动中伴随有桥面系的局部竖向振动;桥面系的竖向刚度和扭转刚度明显较弱,需采取措施来提高桥面系的刚度;桥面系局部竖向弯曲振动易激发腹杆产生横向弯曲振动,应重视腹杆的面外振动,防止其产生过大的横向振动。所得结论为该桥加固设计提供思路和依据。     

基于ABAQUS的半通缝连梁恢复力模型

连梁是联肢剪力墙结构重要的耗能构件,工程中常见的小跨高比连梁易发生脆性破坏,不利于结构抗震。半通缝连梁可改变小跨高比连梁的破坏形式,改善连梁的抗震性能。通过有限元软件ABAQUS建模,模拟半通缝连梁在低周反复荷载作用下的滞回性能,利用模拟数据进行回归分析,建立骨架曲线恢复力模型;对滞回曲线进行分析,研究半通缝连梁的退化性能,建立了循环荷载作用下结构的恢复力模型。     

极限安全地震动下考虑土-结构相互作用的核电站安全壳响应分析

根据黏弹性人工边界的基本原理,结合有限元分析软件ABAQUS和MATLAB辅助程序,在地基有限区域上添加黏弹性人工边界并实现极限安全地震动的输入。基于ABAQUS软件平台,对CPR1000安全壳构建了土-结构相互作用体系的数值模拟模型,分析其在极限地震动下的动力响应,并将计算结果与考虑刚性基础的安全壳结构响应数据进行对比。结果表明:核电站CPR1000安全壳结构在极限安全地震动下仍能保持良好的密闭性。考虑土-结构相互作用后分析所得安全壳结构受到的应力、加速度峰值和相对位移均有所增大,使用刚性地基模型要偏于危险。     

桥梁损伤预警系统的设计与实现

基于对单塔斜拉桥模型的动力响应试验,研究了结构损伤预警系统的功能、模块划分、工作流程、数据库和应用软件的设计和实现方法。为保证结构损伤预警的实时性与准确性,提出了分别针对突发性损伤和累积性损伤的平行预警模式。开发了桥梁历史数据纵向对比功能,帮助发现桥梁结构异常状态,以进一步触发远程诊断中心预警系统,达到对结构损伤的群体参与协同诊断,并在此基础上编制了桥梁损伤预警系统软件。     

圆钢管混凝土组合框架拟动力性能有限元分析

提出了一种精细化有限元建模方法,采用ABAQUS有限元软件建立2层圆钢管混凝土柱-组合梁空间框架的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析.模型考虑了混凝土与钢材的合理滞回本构关系、钢管对核心混凝土的套箍约束作用、梁与柱的半刚性连接节点以及结构阻尼.位移、加速度、基底剪力、累积耗能的有限元结果与已有拟动力试验结果吻合良好,...     

修正Matasovic本构模型在ABAQUS软件中的实现

Hashash等(2001)提出了土体的剪切模量和阻尼特性与土层深度相关的修正Matasovic(1993)黏弹性本构模型,本文基于ABAQUS/standard软件的子程序开发平台,编制了该修正Matasovic本构模型的子程序模块。以美国密西西比湾深厚场地为研究对象,选取Loma Prieta和Northridge地震动加速度记录作为基岩输入地震动,通过ABAQUS软件的二维场地非线性地震反应分析,给出了该深厚场地的地表加速度时程、反应谱,并与国际专业软件DEEPSOIL的一维场地非线性反应分析结果作了对比,发现两者的结果差别不大。这表明:采用基于ABAQUS软件开发的修正Matasovic土体黏弹性本构模型进行场地非线性地震反应分析,是可行的。目前工程上广泛使用的等效线性化方法存在一些不足之处,本文方法可以为工程应用提供参考和比较。     

基于纤维模型的受火后混凝土框架的有限元分析

为了分析受火后混凝土框架结构的残余力学性能,基于纤维模型的思路,将梁、柱构件截面划分成多个纤维,可以考虑构件截面的不均匀温度场分布以及受火损伤后材料力学性能的变化。以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python编程语言对其进行二次开发,将SAP2000建立的模型文件导入到ABAQUS中,对基于纤维模型的混凝土框架进行受火后的温度场分析和非线性力学分析。通过一个多层多跨三维混凝土框架火灾反应的实例,对该框架在受火后的力学反应进行了分析,可为评估混凝土框架结构受火后的残余力学性能提供参考。     

基于ABAQUS的真空-堆载联合预压法的仿真研究

利用有限元分析软件ABAQUS在仿真过程中直接模拟真空度,并通过ABAQUS的二次开发平台编写排水板单元子程序,对软土地基的真空-堆载联合预压进行仿真和固结分析,并与真空荷载换算为堆载方法进行对比。结果表明这种仿真模型更接近实际,分析地基变形与实际情况一致;塑料排水板单元子程序合理,可以有效减小分析误差。对天津港某软基的加固工程进行了建模仿真,其结果与实测数据相吻合,在误差允许范围内。通过计算不同泊松比、加固区宽度条件下真空-堆载联合预压的最终沉降量,分析得到了相应泊松比、加固区宽度的沉降修正系数,对类似的工程有一定的指导意义。     

考虑土-结构相互作用的空间网格结构地震响应分析

阐述了人工黏弹性边界的机理及实现地震动输入的方法,采用MATLAB软件编制了等效节点荷载计算程序。通过算例分析将理论解与数值解进行对比,验证了程序的正确性。利用ABAQUS软件建立了位于典型软土场地的正放四角锥网架土-结构相互作用体系数值仿真模型,分析了考虑土-结构相互作用后对结构动力特性的影响,并且对土-结构相互作用体系进行了动力时程分析,得到了网架结构的加速度响应、相对位移和杆件内力的分布规律,并与刚性地基假定下结构的响应进行了对比和分析。结果表明,考虑土-结构相互作用后分析所得结构峰值加速度、相对位移和杆件内力等性能指标均有显著增大。不考虑土-结构相互作用可能会低估软土场地上的空间网格结构的地震响应。进行软土场地上空间网格结构工程抗震分析时应考虑土-结构相互作用对结构地震响应的影响。     

群桩-土-墩柱相互作用体系抗震性能试验及数值模拟研究

为进一步研究土-结构相互作用(SSI)体系的抗震性能,以1∶4比例尺桥梁墩柱模型为试验对象,考虑土-结构相互作用,通过拟静力试验观察了试验现象,得到了模型滞回曲线、耗能能力等数据。通过有限元软件ABAQUS建立了与试验情况相同的有限元模型,并分析计算。建模分析结果与试验结果一致,在此基础上,以本模型为对象进行了地震反应时程分析,得到了不同地基条件下的位移时程曲线及桩身应力、桩身位移响应曲线,并用m法对比计算桩的位移响应曲线。分析结果表明:不同地基条件下群桩-土-刚度较大墩柱结构体系破坏形式不同;在地震作用下,短桩基础在桩的中段处应力达到最大值,有必要在此处予以加强;在地震作用较大时,m法计算的桩顶位移偏小,且m法无法计入群桩效应,可能导致群桩基础内力的计算偏于不安全,建议予以重视。     

非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验研究(Ⅲ)——数值模拟

根据非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验结果,以有限元软件ABAQUS为平台,定义了约束方程来考虑层状剪切砂箱的模型箱效应。土体采用线性扩展Drucker-Prager本构模型,并采用主从接触面模型考虑土-结构相互作用,建立了三维有限元模型。对各种试验输入工况下土-综合管廊体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:数值模拟结果与模型试验结果吻合较好。文中所提建模方法合理,可用于后续的分析。     

基于梁格理论的人字形桥梁动力特性分析

基于梁格理论采用通用有限元程序软件SAP2000对典型人字形桥梁结构的振动频率及振型进行了模拟分析,并讨论了主要结构参数对其动力特性的影响,可为人字形桥梁的动力设计提供参考。     

砂土液化大变形本构模型及在ABAQUS软件上的实现

基于Yang和E lgam al等人提出的砂土液化大变形本构模型,对该模型的建立过程进行了详细的推导,基于新的嵌套屈服面硬化规则,对原有模型的硬化规则的不连续性做了改进,把该本构模型扩展应用到三维液化大变形的数值分析中,实现了基于ABAQUS大型商用软件计算平台上砂土液化大变形的计算子程序的开发,基于该计算平台和开发的本构模型,对动三轴试验体系中砂土试样的液化过程进行了数值试验分析,给出了试验过程中试样的竖向动位移、整体竖向应力应变关系滞回曲线和动孔压时程曲线的数值计算结果。文中初步验证了该模型在ABAQUS上开发的子程序的可靠性和数值计算模型的可行性,模型的可靠性及其子程序的稳定性还需通过试验结果和数值计算结果的对比分析与进一步验证。