Abaqus 在橋梁工程中的應用
Abaqus 是功能強大的工程模擬的有限元軟件,其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。Abaqus軟件包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并擁有各種類型的材料模型庫,可以模擬典型工程材料的性能,其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料,作為通用的模擬工具, Abaqus軟件除了能解決大量結構(應力 / 位移)問題,還可以模擬其他工程領域的許多問題,例如熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析(流體滲透 / 應力耦合分析)及壓電介質分析。
結構涉及幾何非線性問題,這種非線性是由于大位移、彎矩和軸力之間的相互作用而產生的,任何一個實際的工程問題都希望能根據設計方案,從理論上、計算上以及試驗上對其進行校核,將方案做得更經濟實用,風險降到更低。對于設計之后的分析,用于設計的近似方法已經不能提供足夠的精確度,我們必須建立準確的模型,借助計算機精確地分析結構。
1、橋梁施工過程模擬
在橋梁施工方面工程模擬有限元軟件Abaqus提供了單元生死(ModelChange)、鋼筋混凝土材料屬性以及鋼筋預緊力等功能。下圖是某大橋施工過程的模擬。
2、橋梁模態分析
Abaqus提供了兩種求解振型的方法:Lanczos方法和Subspace兩種方法,兩種方法各有優缺點,分別實用于規模較大,頻率提取多的結構和規模小,頻率提取少的結構。下圖橋梁長140m,高80m,其一階和四階振型如圖所示。
3、 美國金門橋地震響應分析
Abaqus有功能強大的顯式求解器,下圖是利用Abaqus顯式求解器對美國金門大橋做的地震響應分析。
4、重慶荊沙長江斜拉橋結構三維仿真
位于湖北省荊州市的荊沙長江公路大橋南漢通航孔主橋如下圖所示,主跨布置成160+300+97m,橋梁全長557m,
下圖分別是利用Abaqus對該橋做的施工過程模擬、結構動力響應及地震響應分析結果
5、橋梁結構拓撲優化
Abaqus 6.11推出了拓撲優化技術,支持接觸、幾何非線性、材料非線性及制造約束。一般通過5~50次設計循環將獲得滿意結果,優化后的幾何模型還可以通過Abaqus/CAE導出為STL文件或者INP文件,供設計使用。下圖為某橋梁的拓撲優化結果。