1王亚勇-弹塑性分析输出结果解读(贵阳2015)
建筑结构大震下弹塑性分析PPT课件
➢基本遵从于《建筑抗震设计规范》
第6页/共59页
《高层民用建筑钢结构技术规程》
➢5.3.6条～5.3.10条 ,5.4.4条， 5.5.3条 有具体规定
➢有层间侧移延性比规定
第7页/共59页
弹塑性分析方法
➢动力弹塑性（时程）分析方法 ➢静力弹塑性分析方法 ➢简化弹塑性分析方法
➢方程解法
• PCG解线性方程 • 多种解动力微分方程方法 • 多种解非线性方程方法
➢接 力 S AT W E 、 P M S A P 程 序 ， 适 用 的 结 构 类 型 广 泛
第11页/共59页
动力弹塑性分析方法示意图
第12页/共59页
静力弹塑性分析方法
➢较动力弹塑性分析方法可一定程度节省计算时间 ➢与动力弹塑性分析方法互为补充 ➢PUSH中已经实现
第46页/共59页
弹塑性位移角控制
1。结构各层弹塑性最大位移、位移角，平均位移、 位移角；
2。最大变形时刻的结构整体位移、位移角曲线； 3。对于高层尤其是超高层结构应考察有害位移、
有害层间位移角，有害位移是结构真正的变形位移， 对高层结构最大有害层间位移与最大层间位移往往 差异较大，分布也不同； 4。目前抗震规范仍然以层间位移角给出判断指标， 所以弹塑性位移控制仍以规范为准。
3 。 材 料 的 弹 塑 性 模 型 ， 对 不 同 材 料 使 用 适 合 的 弹 塑性应力应变曲线，一般应以“混凝土规范”为准；
4 。 弹 塑 性 整 体 计 算 模 型 （ 如 层 模 型 、 平 面 模 型 、 三维模型等）、迭代的求解方法，也是影响弹塑分 析结果的因素之一；
[doc]弹塑性反应谱的分析
![[doc]弹塑性反应谱的分析](https://img.taocdn.com/s3/m/4fd51e1c78563c1ec5da50e2524de518964bd3d4.png)
弹塑性反应谱的分析第35卷第4期2011年8月南京理工大学JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnologyV0l_35No.4Aug.2011弹塑性反应谱的分析丁建国,陈伟(1.南京理工大学理学院,江苏南京210094;2.东南大学土木工程学院,江苏南京210090)摘要:为了分析结构在地震作用下的弹塑性反应,该文探讨了弹塑性反应谱.该文推导了弹塑性反应谱的基本方程,计算了等延性强度需求谱;描述了通过强度折减系数,延性系数及结构周期之间的关系建立弹塑性反应谱的方法;参照弹性反应谱理论分别得到了四种弹塑性反应谱.计算结果表明:当延性系数较小且土质较硬时,该文计算的弹塑性反应谱与范立础的弹塑性反应谱近似相等;当延性系数较大且土质柔软时,该文计算的弹塑性反应谱相对安全.关键词:强度折减系数;延性系数;弹塑性反应谱中图分类号:TU311.3文章编号:1005—9830(2011)04—0573—06 AnalysisofElasto-plasticResponseSpectraDINGJianguo,CHENWei(1.SchoolofSciences,NUST,Nanjing210094,China;2.CollegeofCivilEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210090,China) Abstract:Inordertoanalysetheelasto—plasticresponseofstructureunderthes eismicaction,this paperstudiesanelasto—plasticresponsespectrum.Thebasicequationofanela sto—plasticresponse spectrumisestablishedandtheconstant—ductilitystrengthdemandspectraare calculated.Themethodsofelasto-plasticspectraestablishedbyrelationshipamongthestrength reducingcoefficients andtheductilitycoefficientsaswellasthestructuralperiodsaredescribed.Four kindsofelasto- plasticresponsespectraarededucedfromreferringtotheelasticresponsespectr um.Thecalculation resultshowsthattheelasto—plasticresponsespectraproposedherearesimilart oFanLichu’Selasto—plasticresponsespectraundertheconditionofhardsoilandsmallductilitycoefficient,andthe elasto—plasticresponsespectraproposedherearerelativelysafeunderthecon ditionofsoftsoilandlargeductilitycoefficient.Keywords:strengthreducingcoefficients;ductilitycoefficients;elasto—plast icresponsespectra地震是人类所面临最严重的自然灾害之一.特别是从20世纪下半叶以来所发生的几次大地震使人们认识到,在强烈地震作用下建筑结构将产生屈服或部分屈服,从而发生弹塑性反应.依据《中华人民共和国抗震设计规范》规定J,抗震设防目标要求按照”三水准,二阶段”来进行,而抗震设防的第二阶段需要校核结构的弹塑性变形.结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形计算是一个非常复杂的问题,目前在规范中所提出的计算方法主要包括静力弹塑性分析方法及弹塑性时程分析方法等.但是,如果要精确应用静力弹塑性分析方法,就需要采用通过由弹塑性反应谱得到的地震反应需求收稿日期:2010—06—04修回日期:2010-11-12作者简介:丁建国(1962～),男,副教授,主要研究方向:工程结构抗震与防灾,E-mail:*****************.cn.574南京理工大学第35卷第4期曲线来决定结构目标位移2J,因此,弹塑性反应谱的研究将具有极其重要的现实意义.近年来,国内外许多学者进行了有关弹塑性反应谱的研究.Miranda_3通过研究地震持续时间在0～3s内,且分别来自岩石地基,冲积土地基和软土地基的124条地震加速度记录曲线,得到了建立在单自由度体系基础上弹塑性需求谱,其研究结果表明:弹塑性需求谱主要依赖于场地条件,频谱特性和持续时间.Vidic’4等人用两种不同的方法获得了弹塑性强度需求谱:一种是通过减少相关因素降低弹性谱;另一种是通过对弹塑性结构在遭受地震作用时获得的反应谱进行统计分析,而直接得到弹塑性反应谱.范立础通过统计平均法和回归分析,给出了平均强度折减系数的函数表达式.其他相关文献[6-9]也介绍了地震力调整系数和相关的弹塑性反应谱.本文将试图根据结构抗震理论推导弹塑性反应谱的基本方程,并输入约200条地震波加速度时程曲线对单自由度体系进行弹塑性时程分析,以平均计算结果获得等延性强度需求谱及弹塑性反应谱,并与根据Vidic,Berrilld及范立础等人提出的R--g—T 关系所得到的弹塑性反应谱进行分析和比较.1基本方程在地震作用下,单自由度体系的运动微分方程如下.(￡)+(),)=一眦()(1)式中:m为系统的质量;C为阻尼系数;(t),x(t)和x(t)分别为位移,速度和加速度i厂(,t)为系统恢复力;互(t)为地震作用加速度.为了计算方便,参照弹性系统恢复力公式,弹塑性系统恢复力可表示成式(2)的形式,.厂(,￡)=()()(2)将式(2)代入式(1),因此得到()+2o(t)+[k(x)/k0]02(t)=-x(t)(3)式中:设:ko/m,=c/(2mw0),ko为滞回曲线系统的线弹性刚度.设屈服时位移为,则屈服力为(,)=kyX,是当=时系统的割线刚度.根据弹性反应谱理论(,t)=m3l,其中是动力系数.如果定义”(t):(t),R=厂(,)(,t),/.Z=maxI(t)I=JI/x(被称为强度折减系数,被称为延性系数),则式(3)将变为式(4).)+2)+一Rkr.2(4)根据弹性反应谱理论卢(5)式中:Ot为地震影响系数.因为系统周期和频率的关系为=2~r/w.,那么将式(5)代人式(4)中,则式(4)可以改写成式(6)的形式:u(t))睾)=睾Rky..c)(6)式(6)是等强度延性需求谱及等延性强度需求谱的基本方程.2等延性强度需求谱根据式(6),如果是一个常数,则等延性强度需求谱可以通过迭代计算得到.由于可能对应多个R的值,因此,等延性强度需求谱应选用尺的最小值.在本文中,假设抗震设防烈度为7度,利用如图1所示的退化三线型滞回模型,通过计算得出等延性强度需求谱.j,)图1退化三线型系统的恢复力模型在图1中,分别选择O/0=1,1=0.85,2=0.15,O/3=0.89.并且选择=0.30S,0.40S,0.55s和0.75S分别作为I,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ类场地的特征周期.选用包括EL.centro波,Taft波和天津波等近200条地震波.地震波选用原则,主要依据场地类别及特性进行选择.其中对于I类场地选用了57条地震波;Ⅱ类场地选用了55条地震波;111类场地选用了52条地震波;IV类场地选用了28条地震波.所有地震记录曲线的最大加速度峰值取0.22g. 这些地震记录的平均计算结果如图2所示.总第179期丁建国陈伟弹塑性反应谱的分析575 T/s(a)I类场地T/s(c)ll类场地T/s(b)1I类场地T/s(d)IV类场地图2等延性强度需求谱可改写为式(8).3由一j『1关系建立弹塑性反应谱的原理根据强度折减系数的定义,R={L,=se,.p7,式中:5:是弹性反应谱,5:是弹塑性反应谱.设弹性反应谱的地震影响系数为ot,弹塑性反应谱的地震影响系数为ol,根据S:=otg,则式(7)T/s(a)Berrill的弹塑性反应谱o/=:/g=a/R(8)因此,弹塑性反应谱的地震影响系数Ot可通过弹性反应谱的地震影响系数Ol和R一关系代人式(8)得到.本文分别利用Berrill,Vidic和卓卫东,范立础提出的R-/z—T的关系及本文所得到的等强度延性需求谱(图2),计算出了在I类场地(硬土)上四种弹塑性反应谱的地震影响系数,如图3所示.T/s(b)Vidic的弹塑性反应谱T/sT/s(c)范立础的弹塑性反应谱(d)本文计算出的弹塑性反应谱图3I类场地条件下Berrill,Vidic,范立础及本文计算出的弹塑性反应谱576南京理工大学第35卷第4期在图3中,当等于1时,该曲线则变为弹性反应谱,当=2,3,4,5时,曲线则为弹塑性反应谱.从图3可以发现,弹塑性反应谱中的地震作用明显小于弹性反应谱中的地震作用,这对抗震工程具有重要意义.4四种弹塑性反应谱的效果分析和对比由于没有足够且完整的较长时问软土地震加速度记录,且范立础的R一关系只包含了三种场地类别,同时考虑到等延性强度需求谱(图2 (d))有可能不具有良好的统计特性.因此,本文在对四种弹塑性反应谱进行比较和分析时,分别T/s(a)=2.0考虑了I,Ⅱ和Ⅲ类场地.在上述四种弹塑性反应谱中,Berrill的R一丁关系是建立在位移相同的原则上;Vidic的R一关系则建立在位移和能量相等的两个原则之上,并考虑到土壤条件和滞回模型等因素的影响;范立础的R一关系以及本文提出的等延性强度需求谱(图2)则建立在对单自由度体系的大量弹塑性时程分析的基础上.因此,通过对上述四种弹塑性反应谱分析和比较发现:(1)一般而言,通过Ben’ill的R一关系得到的弹塑性反应谱将相对偏于安全;(2)本文通过等延性强度需求谱计算出的弹塑性反应谱,因为选择了的最小值,在某些情况下也是比较安全的.为了对这四种弹塑性反应谱作进一步比较,更详尽曲线如图4～6所示.T/s(b)g=3.0T/sT/s(c)=4.0(d)5.0图4在I类场地条件下四种弹塑性反应谱参见图4～6,可以发现,一般而言,Berrill的弹塑性反应谱>Vidic的弹塑性反应谱>范立础的弹塑性反应谱.在硬土条件下(图4～5),当>0.1s时,四种弹塑性反应谱近似相同;当T<0.1s,本文计算出的弹塑性反应谱则是相对安全的,但比Berrill的弹塑性反应谱略低,Vidic的弹塑性反应谱接近于范立础的弹塑性反应谱.在软土条件下(图6),当结构周期为中长周期时,则本文计算出的弹塑性反应谱大于其他三种弹塑性反应谱,并且越大,则差值越大;当结构周期为长周期时,四种弹塑性反应谱几乎是相同的.当等于2时(图4(a),图5(a)及图6(a)),一般来说,Berrill的弹塑性反应谱大于Vidic的弹塑性反应谱,而Vidic的弹塑性反应谱大于范立础的弹塑性反应谱,同时也略大于本文计算出的弹塑性反应谱.当T<0.2s时,Vidic的弹塑性反应谱以及范立础的弹塑性反应谱与本文得到的弹塑性反应谱几乎是相同的.当结构周期是中长周期时,本文计算的弹塑性反应谱值比范立础的弹塑性反应谱值大.当等于5时(图4(d),图5(d)及图6(d)),本文计算出的弹塑性反应谱是相对安全,并接近Berrill的弹塑性反应谱,范立础的弹塑性反应谱和Vidic的弹塑性反应谱则非常相近.总第179期丁建国陈伟弹塑性反应谱的分析577 5结论T/s(a)=2.0T/s(b)=3.0T/sT/s(c)=40(d)5.0图5在Ⅱ类场地条件下四种弹塑性反应谱T/s(a)=2.0T/s(c)=4.0T/s(b)=3.0图6在Ⅲ类场地条件下四种弹塑性反应谱(1)本文建立了弹塑性反应谱的基本方程,并根据大量地震加速度记录计算得到了等延性强度需求谱;(2)当延性系数较小且土质较硬,本文计算的弹塑性反应谱与范立础的弹塑性反应谱几乎近T/s(d)=5.0似相同;而Vidic的弹塑性反应谱比前两者大; Berrill的弹塑性反应谱相对安全.当值较大且土质柔软时,本文计算的弹塑性反应谱则相对安全一些;而在大多数情况下,弹塑性反应谱有以下关系:本文计算出的弹塑性反应谱>Vidic的弹塑性反应谱>范立础的弹塑性反应谱.但Vidic的弹塑性反应谱与范立础的弹塑性反应谱的差别不大;(3)范立础的R一关系是建立对单自由578南京理工大学第35卷第4期度系统大量的弹塑性时程分析的基础上,但这种关系不能充分考虑阻尼比,滞回模型等影响因素,而Vidic的一关系较简单但可以清楚地反映这些因素的影响,Vidic的弹塑性反应谱比较接近范立础的弹塑性反应谱.参考文献:[2][3][4]GB50011_-20o1.中华人民共和国抗震设计规范[s].北京:中国建筑工业出版社,2001. AppliedTechnologyCouncil.A TC一40.V o1.1.Seismic evaluationandretrofitofconcretebuildings[S].1996. MirandaE.Evaluationofsite—dependentinelasticseismic designspectra[J].JoumalofStruetEngngASCE,1993, 117(8):1319-1338.VidicT,FajfarP,FischingerM.Consistentinelastic designspectra:Strengthanddisplacement[J].[5][6][7][8][9] EarthquakeEngineeringandStructuralDynamics,1994, 24(5):507—521.卓卫东,范立础.结构抗震设计中的强度折减系数研究[J].地震工程与工程振动,2001,21(1):84—88. BerrillJB,PriestleyMJ,ChapmaanHE.Design earthquakeloadingandductilitydemand[A].Bulletin oftheNewZealandNationalSocietyforEarthquake Engineering[C].Wellington,NewZealand~New ZealandSocietyforEarthquakeEngineeringInc,1980, 13(3):232—241.丁建国.弹塑性反应谱及其在抗震设计中应用[J]. 南京理工大学,2007,31(6):780—783. ElghadamsiFE,MohrazB.Inelasticearthquakespectra [J].EarthquakeEngineeringandStructuralDynamics, 1987.15:91一lo4.MirandaE,JorgeRG.Influenceofstiffnessdegradation onstrengthdemandsofstmcturesbuiltonsoftsoilsites [J].EngineeringStructures,2002,24:1271-1281.。
弹塑性分析实例
1. 弹塑性分析中的主要问题ABAQUS提供了多种材料的本构关系和失效准则模型弹塑性变形行为：Abaqus默认的采用屈服面来定义各项同性屈服金属材料的弹塑性行为：- ；曲线：（四个阶段）弹性阶段：厂Cp，应力应变服从胡克定律-E ；_二一二e,匚一；不再是线性关系，卸载后变形完全消失，仍属于弹性变形屈服阶段：屈服阶段表现为显著的塑性变形，此阶段应力基本不变，应变不断增加，屈服现象的出现于最大切应力有关系，屈服极限为二s强化阶段：材料恢复抵抗变形的能力，使它继续变形必须增加拉力，强度极限为二b局部变形阶段：匚—匚b后，在试样的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧减小，形成缩颈现象卸载定律，冷作硬化（比例极限得到提高，退火后可消除）伸长率_5%，称为脆性材料；「. _5%，称为塑性材料强度极限匚b是衡量脆性材料的唯一指标，脆性材料主要用作受压杆件，破坏处发生在与轴线成45的斜截面上，而塑性材料主要用作受拉杆件。
应以应力和名义应变：（以变形前的界面尺寸为基础）F 也1-nom nomA0 1 o真实应力和真实应变与名义量的关系:Abaqus 分析结果中对应的变量：真实应力：S,Mises真实应变：对几何非线性问题，输出的是对数应变 LE 几何线性问题，输出的是总应变 E 塑性应变：等效塑性应变 PEEQ 塑性应变量 PEMAG,塑性应变分量 PE弹性应变：EE名义应变：NE 在abaqus standard 中无法模拟构建塑性变形过大而破坏的过程弹塑性分析的基本方法：理想塑性：应力不变，应变持续增加；应尽可能的使材料的最大真实应力和塑性应变大于模 型可能出现的应力应变值解决弹塑性分析中的收敛问题：在弹塑性材料商施加载荷时，如果此载荷会造成很大的局部变形 （使用点载荷时尤其容易出 现此问题），可能造成收敛问题。
解决方法有四种：1.使材料的最大真实应力和塑性应变大于模型可能出现的应力应变值2•如果对出现很大苏醒变形的部件不关心其准确的应力和塑性变形，可将其设置为线弹性材料 3•尽量不要施加点载荷，而是根据实际情况来使用面载荷或线载荷4•为载荷作用点附近的几个节点建立刚性约束，施加耦合约束，使几个节点共同承担点载荷Abaqus 中的体积自锁问题?2. 带孔平板的弹塑性分析 true nom (1 nomtrue 1 n ( 1真实应变是由弹性应变和塑性应变组成的, 定义塑性材料时，需用到塑性应变，其表达式为:pitrue £ £ e1 true crtrue通过查看PEEQ（等效塑性变形），判断材料是否发生塑性变形。
塑性仿真分析实验报告
塑性仿真分析实验报告实验目的：本实验旨在通过塑性仿真分析，研究材料在塑性变形过程中的力学行为，并对其力学性质进行评估。
实验设备和材料：1. 塑性仿真分析软件：使用ABAQUS软件进行塑性仿真分析。
2. 实验材料：选用了常见的工程材料进行塑性仿真分析，如钢材、铝材等。
实验步骤：1. 准备模型：首先，根据实验要求，在ABAQUS软件中建立材料模型。
根据实验需要，选择相应的材料，并进行网格划分。
2. 施加载荷：根据实验要求，给模型施加合适的力加载条件。
根据实验设计方案，可施加静力加载或动力加载。
3. 运行仿真：在设定合适的仿真参数后，开始运行塑性仿真分析。
软件将模拟材料的塑性变形过程，并记录相应的力学行为。
4. 结果分析：分析仿真结果，获取并评估材料在塑性变形过程中的力学性质。
通过查看应力-应变曲线、位移-时间曲线等数据，了解材料的强度、韧性等性能。
实验结果与讨论：根据塑性仿真分析的结果，得到了材料的应力-应变曲线，位移-时间曲线等数据。
通过分析这些曲线，可以获得材料的以下性能指标：1. 屈服强度（yield strength）：可以通过应力-应变曲线中的屈服点来确定材料的屈服强度。
屈服强度是材料开始发生塑性变形的应力值。
2. 极限强度（ultimate strength）：可以通过应力-应变曲线中的最大点来确定。
极限强度是材料能够承受的最大应力值。
3. 韧性指标（toughness）：可以通过应力-应变曲线下方的面积来确定。
韧性指标体现了材料的吸能能力，即材料在受力过程中能够吸收的能量。
根据实验结果和上述性能指标，我们可以评估材料在塑性变形过程中的力学性质，并与实际应用需要进行比较。
这些评估结果对于工程材料的选用、设计和制造具有重要的指导意义。
结论：通过塑性仿真分析实验，我们研究了材料在塑性变形过程中的力学行为，并评估了其力学性质。
通过分析实验结果，我们得到了材料的应力-应变曲线、位移-时间曲线等数据，并计算了屈服强度、极限强度和韧性指标等性能指标。
弹塑性矩阵Dep的特性和有限元边坡稳定性分析中的极限状态标准
注意， 对于软化材料， 常常会想当然地认为 Dep 为负定矩阵，由以上证明过程可知这一认识是错误 的。
3
强度折减法中的极限平衡态的定义
本文将仅针对理想弹塑性体的二维问题为例来
讨论。已知单元 Ω e 的切线刚度矩阵[15]为
e K ep = ∫ e B T Dep B T dΩ Ω
Abstract：It is proven that under assumption of the associated flow rule，the elasto-plastic matrix Dep is positive definite for hardening materials，positive semi-definite (the rank deficiency being one) for perfectly plastic materials and indefinite for softening materials，respectively. Based on the fact that Dep is singular for perfectly plastic materials，it is stated that if a slope arrives at the state of limit equilibrium，a layer of elements must go through the slope from the bottom of the slope to the top，each element in the layer being in plastic state. Hence， it is rational that the contour plots of the equivalent plastic strain or the plastic work are used to judge if slopes reach the limit equilibrium state. The paper makes a qualitative analysis for the abnormal phenomenon in which the plastic zones are usually overestimated in analyzing slope problems by FEM. The skill for overcoming such an abnormal phenomenon is proposed as well. Kew words：rock and soil mechanics；elasto-plastic matrix；finite element；criterion of the instability of slope 强度折减法[1
弹塑性弹塑性分析方法在结构抗震分析中的应用
弹塑性弹塑性分析方法在结构抗震分析中的应用
弹塑性分析方法是基于结构的材料和几何非线性性质进行建模和分析的。
通过将结构划分为弹性区域和塑性区域，可以更好地模拟结构在地震
荷载下的行为。
在分析中，通常假设结构的主要构件为弹性，而柱子、墙
体等容易发生塑性变形的构件为塑性。
通过这种划分，可以更准确地计算
结构的变形、应力和内力。
在进行弹塑性分析时，需要首先确定结构的塑性铰点。
塑性铰点是结
构中容易发生塑性变形的位置，通常位于柱子、墙体等受力较大的构件的
连接处。
通过在这些位置设定塑性铰点，可以更准确地模拟结构的塑性变形。
在分析过程中，需要使用弹塑性弹塑性分析方法，根据地震荷载的特
点进行模拟。
地震荷载是具有瞬时性和可破坏性的荷载，结构的响应通常
呈现出非线性和瞬时峰值现象。
弹塑性分析方法可以更准确地模拟地震荷
载作用下结构的非线性行为，并预测结构的瞬时峰值响应。
在进行弹塑性分析时，还需要考虑结构的能量耗散和恢复能力。
地震
作用下，结构的能量会被耗散，而恢复能力不足的结构容易发生破坏。
弹
塑性分析方法可以通过考虑结构的材料和几何非线性性质，更准确地估计
结构的能量耗散和恢复能力，从而提高结构的抗震能力。
弹塑性分析方法在结构抗震分析中的应用具有重要意义。
它可以更准
确地预测结构的变形、应力和内力，为结构的设计和改进提供准确的依据。
通过弹塑性分析方法，可以更好地评估结构的抗震能力和安全性，为地震
区的建筑物提供更稳固和可靠的保障。
第14章 弹塑性变形与极限载荷分析
x
d dx
d x S S dx d S G x GS
S
d dx
s
1 3
dx
(14 - 9)
3 6T G 4 R π s 圆轴弹塑性扭转变形公式
第14章 弹塑性变形与极限载荷分析
14-4 圆轴的弹塑性扭转 1）极限扭矩 残余应力
第14章 弹塑性变形与极限载荷分析
14-3 超静定桁架的极限载荷
图示的超静定结构，由刚性梁 BE 与各杆的横截面面积分 A 别为 A1、A2、A3 的杆1、杆2、杆3 组成，且， 1 A3 A , A2 2 A 。各杆 的材料相同，其拉、压屈服强度均为 s 。试求该结构的极限载荷。 解：一次超静定结构，有两根 杆屈服才进入塑性极限状态。 故有三种可能的极限状态。 1）设杆1与杆2已屈服，杆 3未屈服。此时，载荷 F 有使 刚性梁绕E点转动的趋势。 ME 0 , MD 0
( s ) ( s ) (14 - 3)
第14章 弹塑性变形与极限载荷分析
14-2 应力-应变关系曲线的简化 1）理想弹塑性材料 2）理想刚塑性材料
0 s
( p 0) ( p 0) (14 - 4)
p 为塑性应变
第14章 弹塑性变形与极限载荷分析
第14章 弹塑性变形与极限载荷分析
14-4 圆轴的弹塑性扭转 残余应力
即
1）极限扭矩 2）残余应力 如果卸载开始时横截面的扭矩为 T0 ，完全卸载后扭矩为零， DT ，那么 T0 T
D x
0
Ip
这样，卸载后横截面各点切应力为 T0 (0 s ) s I s p x s T0 ( s R) Ip (14 - 11)
非线性_弹塑性分析
的应力状态接近屈 服 Mises 屈服准则是一种除了土壤和脆性材料外典型使用的屈服准 则 在土壤和脆性材料中 屈服应力是与静水压应力 侧限压力 有关的 侧限压力越高 发生屈服所需要的剪应力越大 流动准则 流动准则描述了发生屈服时 塑性应变的方向 也就是说 流动准则定义了单个塑性应 变分量
σ
σ
y
和
E
T
可以按下述方法来决定
如果材料没有 而
y
通常以产生 0.2%的塑性应变所对应的应力作为屈服应力
E
T
可
以通过在分析中所预期的应变范围内来拟合实验曲线得到 其它有用的载荷步选项 • 使用的子步数 使用的时间步长 既然塑性是一种与路径相关的非线性 因此需要使用 许多载荷增量来加载 • 激活自动时间步长 • 如果在分析所经历的应变范围内 应力 应变曲线是光滑的 使用预测器选项 这能够 极大的降低塑性分析中的总体迭代数 输出量 在塑性分析中 对每个节点都可以输出下列量 EPPL 塑性应变分量
σ
y
的差值 初始各向同性的材料在屈服后将不再是向同
第3页
ANSYS 弹塑性分析
Hale Waihona Puke 非线形分
析
指
南
性斜率和塑性斜率 由于随动强化的 Vonmises 屈服准 则被使用 所以包含有鲍辛格效应 此选项适用于遵守 Von Mises 屈服准则 初始为各向同性材料的小应变问题 这包括大多 数的金属 需要输入的常数是屈服应力 线 注意 • 使用 MP 命令来定义弹性模量 • 弹性模量也可以是与温度相关的 • 切向斜率 Et 不可以是负数 也不能大于弹性模量 在使用经典的双线性随动强化时 可以分下面三步来定义材料特性 1 定义弹性模量 激活双线性随动强化选项 2 3 使用数据表来定义非线性特性 双线性等向强化 BIS0 也是使用双线性来表示应力 应变曲线 在此选项中 等向强化 的 Von Mises 屈服准则被使用 这个选项一般用于初始各向同性材料的大应变问题 需要 输入的常数与 BKIN 选项相同 多线性随动强化 MKIN 使用多线性来表示应力 应变曲线 模拟随动强化效应 这个选项 使用 Von Mises 屈服准则 对使用双线性选项 BKIN 不 能足够表示应力 应变曲线的小 应变分析是有用的 用 数 据 表 输 入 可以定义五条不 需要的输入包括最多五个应力 应变数据点 同温度下的曲线 在使用多线性随动强化时 可以使用与 BKIN 相同的步骤来定义材料特性 所不同的是 在数据表中输入的常数不同 下面是一个用命令流定义多线性随动强化的标准输入 10 70 MPTEMP MPDATA EX 3 30ES 25ES TB MK2N 3 TBTEMP STRA2N 0.01 0.05 0.1 TBDATA TBTEMP 10 30000 37000 38000 TBDATA TBTEMP 70 225000 31000 33000 TBDATA 多线性等向强化 MISO 使用多线性来表示使用 Von Mises 屈服 准则的等向强化的应力 应变曲线 它适用于比例加载的情况和大应变分析 需要输入最多 100 个应力 应变曲线 最多可以定义 20 条不同温度下的曲线 其材料特性的定义步骤如下 1 定义弹性模量 定义 MISO 数据表 2 3 为输入的应力 应变数据指定温度值 输入应力 应变数据 4 5 画材料的应力 应变曲线 与 MKIN 数据表不同的是 MISO 的数据表对不同的温度可以有不同的应变值 因此 每 条温度曲线有它自己的输入表 怎 样 使 用 塑 性 在这一章中 我们将介绍在程序中怎样使用塑性 • 可 用 的 ANSYS 输 入 • ANSYS 输 出 量 • 使 用 塑 性 的 一 些 原 则 重点介绍以下几个方面
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
30000
US052 US169 AS735-1 规范谱
X向
Y向
检验-底部剪力对比(满足规范要求)
规范谱 X向 Y向 US052 US169 S735-1 最大值/ 规范谱 87% 94% 最小值/ 规范谱 105% 72% 平均值/ 规范谱 98% 86%
30684.3 31527.5 32489.4 26742.6 28526.1 26916.6 26380.7 20581.3
40 US031 30 20
加速度（gal）
10 0
加速度（gal）
20 40 t (sec) 60
-10 -20 -30 40 -40 30 0
20
10 0 -10 -20 US032
80 -30
-40 0
100
20 40 t (sec) 60 80
加速度（gal）
10 0 -10 -20 -30 -40 0 20 40 60 80
L033-地震波输入外框架柱型钢M桁架Mises应力
XI’AN IFC ARCHITECTURAL DESIGN
L033-地震波输入外框架梁Mises应力
“超限汇报” XI’AN IFC ARCHITECTURAL DESIGN
错误的选波方法 - Tg
• • • • 挑选”小“的 不分场地类别 不分地震分组（近、远震） 由一条地震加速度记录的反应谱计算Tc： SA=ώPSV=（2π/TC）PSV TC= 2π（PSV/SA），是确定性的。 而规范反应谱是由统计平均得到，所以
Tg ≠ TC
小震弹性
输入地震波: 二组实际地震记录和一组人工模拟加速度时程（AS735、US052和 US169)
时间 （s）
0.25
1.00 0.75 0.50
加速度
抗震规范反应谱
US052 AS735-1
US169
地震反应谱系数
0.20 0.15 0.10 0.05
US169
0.25 0.00 -0.25 -0.50 -0.75 -1.00 时间 （s） 0 20 40 60 80
0.00 0 1 2 3 周期 T(s) 4 5 6
（一）时程法的规范规定
• 目的：补充计算（5.1.2-3）。 • 范围：高度和跨度（5.1.2-3，5，6）。 • 地震有效峰值加速度EPA：（5.1.2-3） 由αmax反算，EPA = αmax/ β , 统一取 β = 2.25。
（二）输入地震波准则
• 地震波数量：3组，取包络；7组，取平均。 • 选波原则：按场地类别和地震分组选择，平 均地震影响系数曲线与规范曲线在统计意义 上相符，小震和大震地震波不同（反应谱Tg 不同）。 • 地震波检验：结构主向，底部总剪力满足： 单组 65～130 %，平均 80～120% 。 • 有效持续时间：Td =5倍结构基本周期,起始 峰值到结束峰值（最大峰值的10%）。
1.00 0.75 0.50 0.25 US052
1.00 0.75 0.50
加速度
AS735-1
0.25 0.00 -0.25 0 -0.50 -0.75 10 20 30 40 50 60
加速度
0.00 -0.25 -0.50 -0.75 -1.00 时间 （s） 0 10 20 30 40
-1.00
结构时程分析 输入地震准则和输出结果解读
时程分析法三要素
1. 输入地震波准则：输入地震波不确定性数 量、特征要求； 2. 计算模型和计算方法：本构关系、屈服模 型、积分方法、阻尼取值、地震输入方式 、计算结果摘取； 3. 输出结果：楼层剪力、弯矩、位移分布、 剪重比之比、顶点位移比(弹性/弹塑性)、 损伤程度（损伤因子，应力应变）、顶点 位移时程之比(弹性/弹塑性)、周期变化。
利科•西安国际金融中心（Abaqus）
塔楼是一栋以高端写字楼为主的商务综合体， 高度349.7m，地上75层。 裙房共3层，为配套的商业和餐饮，裙房与主 楼在地上部分设缝脱开。 地下共4层，为配套用房及车库，地下部分不 设缝。
2014.09.01
标准层平面布置
塔楼标准层主要功能为办公。
40 US033 30 20
总基底剪力 内筒承担基底剪力 外框架承担基底剪力
X向基底剪力/N
1.00E+08
0.00E+00
-1.00E+08 -2.00E+08
-3.00E+08
-4.00E+08
0
10
20
30 时间 /s
40
50
0
10
20
30 时间 /s
40
50
基底剪力- X 方向 X向 工况 L033-456XY L064-678XY L850-456XY L033-456YX L064-678YX L850-456YX 总基底剪 力/N 325274560 312288800 361956288 311279808 293370400 331388064
Y向各层最大位移/m
XI’AN IFC ARCHITECTURAL DESIGN
最大层间位移角
75 70 65 60 55 50 45
层数
75 70 65 60 55 50
层数
40 35
30
43~46层 1/106 L033
L033-456XY L033-456YX L064-678XY L064-678YX L850-456XY L850-456YX 规范限值 0 0.005 0.01 X向各层最大层间位移角
楼层弯矩
50 50 45 45
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 US052 US169 AS735-1 规范谱
0 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 US052 US169 AS735-1 规范谱
Y向顶层最大位移/m
6.0s
弹性位移 弹塑性位移
1.00E+00 5.00E-01 0.00E+00 -5.00E-01 -1.00E+00 -1.50E+00 -2.00E+00 -2.50E+00 -3.00E+00
7.9s
0
10
20
30 时间 /s
40
50
天然波 L033 第9s开始进入塑性
“超限汇报” XI’AN IFC ARCHITECTURAL DESIGN
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
0 0.005 0.01 Y向各层最大层间位移角
XI’AN IFC ARCHITECTURAL DESIGN
25 20
15
40~45层 1/109 L033
L033-456XY L033-456YX L064-678XY L064-678YX L850-456XY L850-456YX 规范限值
“超限汇报”
基底剪力- Y 核心筒承 担剪力/N 287704448 275472608 323376576 265096448 251466080 283009504 外框架承 担剪力/N 37685224（11.6%） 36816140（11.8%） 39730856（11.0%） 46183308（14.8%） 43189336（14.7%） 48378560（14.6%）
X向
Y向
层间位移角
50
50
45
45
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016
0 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 US052 US169 AS735-1 规范谱 0.001 0.0012 0.0014
10
输入地震加速度时程
10s前最大能量
100
楼层最大位移
75 70 65
60
2.120m L033
75 70 65
60
2.006m L033
55 50 45
层数
55 50 45
35
层数
L033-456XY L033-456YX L064-678XY L064-678YX L850-456XY L850-456YX
6.0s
弹性位移 弹塑性位移
X向顶层最大位移/m
7.5s
0
10
20
30 时间 /s
40
50
天然波L033 第9s开始进入塑性
“超限汇报” XI’AN IFC ARCHITECTURAL DESIGN
Y-顶层最大位移时程（弹性/弹塑性）
Y向：第一阶平动周期为6.047s
2.50E+00
2.00E+00 1.50E+00
（五）工程案例
• • • • • • 利科•西安国际金融中心(Abaqus) 武汉恒隆广场(Perform3-D) 合肥恒大广场(Abaqus) 青岛海天中心T2塔楼(PKPM-Sausage, Perform3-D) 九江国际金融中心(Perform3-D) 新疆宝能城1-01#办公楼(Perform3-D)- BRB+连梁剪 切型阻尼器 • 云南昆明恒隆广场裙楼 - 软钢剪切型阻尼耗能墙 • 厦门帝景苑项目4#、5#楼(Perform3-D)- 非线性粘滞 阻尼器（墙）