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浅谈有限元软件在土木工程中的运用

来源:原创论文网 添加时间:2020-01-06

  摘要:科学技术的飞速发展,促进了各行各业的变革,人们的生活因为信息化的发展变得更加便利、快捷。在土木工程的工作中,有限元软件是必不可少的,利用有限元软件能够更加方便的建立模型,在众多的有限元软件中,ANSYS软件是比较常用的软件。ANSYS模块的通用构件程序有助于结构、流体、电磁、碰撞等问题的解决。设计工作因为ANSYS软件的出现变得更加便利,这节约了大量的时间、金钱。ANSYS软件的一大特色是将计算机技术运用到实际工程中去解决实际问题,将计算机技术和实际工程问题相结合。ANSYS软件的出现使实际工程的仿真模拟变成了现实,即通过计算机技术模拟材料的受力状态等。利用该软件可以模拟结构的应力、应变,这为采取必要措施提供了有力的依据。根据模拟得出的应力、应变,可以采取必要的措施来达到确保结构安全的目的。ANSYS软件能够实现的功能包括实体建模、网格划分和应力显示等。显示应变、位移等功能能够让用户更加直观地观察到物体发生的位移以及变形情况。

  关键词:建立模型,构件程序,工程仿真,结构安全

土木工程概论论文

  ANSYS软件不仅具有计算机数值输入的功能,而且具有数值分析的功能,这些功能决定了ANSYS软件具有计算速度快,可以建立多维模型等特点。在ANSYS建立模型的过程中,用户可以根据自己的需求选择建立杆单元、梁单元,建立立体模型,建立二维模型,设置不同的参数,包括结构的弹性模量Ex,泊松比μ,材料的密度,温度等。ANSYS具有的参数设置的功能极大地方便了人们的计算,使原本复杂繁琐的计算变得更加快捷,节省了大量的人力物力。

  利用有限元软件可以对不同状态的物体进行结构分析,物体的状态可以是动态的,也可以是静态的,即有限元软件可以对结构进行动态分析,也可以对结构进行静态分析。在进行问题分析时,可以根据不同的类型选择不同的功能来进行分析。

  在土木工程实践中,选取有限元软件来进行分析的目的是计算出结构在各种外力的作用下发生的变形,以及在变形区应力、应变的分布,并且对这些变形进行分析。根据分析的结果来选择适当的钢筋的种类、混凝土的强度等级、钢筋的布置方式等。选取有限元软件来进行结构的分析,可以模拟出建筑物最佳的配筋方式以及建筑物材料选择的合理性,减少建造的成本。有限元软件在土木工程中的运用,有效避免了结构在变形过程中出现破裂、坍塌等,为避免这些现象的发生提供了强有力的理论依据。

  根据结构分析的要求,可将需要分析的结构建立一个模型,利用计算机将这个模型转换成为数学模型,并且建立的模型要符合土木工程结构的需求,建立模型的比例要合适,要符合建立模型的需要,这样才能够使得出的结论具有说服力。在建立模型的过程中要注意荷载的大小、荷载的方向、结构参数的边界条件、结构参数的设置以及结构所在的环境等。

  选择不同的参数对结构分析的结果会产生一定的影响,因此,在选择结构参数时要根据自己模型的切实需要选择参数。

  1 有限元软件在桥梁工程中的应用

  为了实现桥梁安全设计和桥梁安全控制,就需要对桥梁建立适当的模型,模拟出桥梁在外力作用下发生的各种动态的响应,只有对桥梁进行仔细并且较为准确的分析,才能够实现桥梁设计的安全和桥梁控制安全的目标。

  桥梁在日常生活中受到很多外力的作用,这些力的作用包括偶然荷载、永久荷载等。这些荷载对于桥梁的影响程度是不同的,桥梁在这些荷载的作用下会发生不同程度的变形。在进行桥梁设计时,可以利用ANSYS来模拟桥梁受到的力的作用。ANSYS在桥梁设计时的运用能够使人们更好地了解到桥梁受力时发生的变形以及在受力方向发生的变形的大小。能够对桥梁产生影响的因素包括混凝土的徐变、混凝土产生开裂、钢筋的松紧程度。对这些因素进行分析,普通软件已经不能够满足要求,ANSYS软件具有强大的功能,能够满足使用者建立模型,并且能够利用计算机技术得出相应的结果。

  2 有限元软件在水坝工程中的运用

  在水坝的设计过程中,需要进行水坝的仿真计算,这个过程繁琐复杂并且很难得出可靠的结论。计算机技术在土木工程中的运用,极大地方便了人们的计算,人们可以通过开发相应的软件来实现计算的快速、简单,可以利用有限元软件来实现水坝的仿真计算,这节省了大量的人力、物力、财力。

  水坝的安全问题在实际生活中很重要,水坝尤其是重力坝在静止时受到的力的类型有:水压力、水流动带来的冲击力,偶然荷载还包括雨水多时带来的上涨增加荷载等。AN-SYS能够生动地显示出来水坝在荷载作用下发生的变形。水坝在不同水深度处受到的力的作用是不相同的。随着深度的增加,水坝受到的压强也就越大。利用有限元软件来进行模拟,能够充分地了解到水坝在不同深度处受到的应力和产生的应变。

  通过有限元软件的模拟,能够得出在不同深度处的水流对大坝的作用以及大坝的主要部位的水流的渗透系数。这为大坝的设计和安全控制起到了关键作用。

  3 有限元软件在基坑工程中的运用

  城市的飞速发展带来了大量的面积大、深度深的基坑工程。对这些基坑工程进行数值模拟,有助于人们选择合适的方式进行深基坑支护,可以模拟出深基坑工程的沉降值。有助于深基坑工程设计时进行安全验算,确保深基坑及其周围建筑物的安全。

  在基坑支护中,ANSYS同样具有重要的作用。通过AN-SYS软件可以模拟出基坑周围的荷载对基坑安全性的影响,通过ANSYS模拟出来的结果,能够决定在基坑支护中运用什么样的锚杆支护方式以及选用什么类型的锚杆。不同的锚杆对基坑的支护产生的结果是不一样的,基坑的安全不仅关系着很多人的生命的安全,而且在很大程度上影响着工程的施工进度。

  4 有限元软件在混凝土钢筋中的运用

  利用ANSYS建模过程中,选用solid65单元,在进行钢筋混凝土结构设计时需要考虑结构的安全耐久性和结构设计的可靠性,有限元软件的模拟能够得出结构的应力、应变的信息,还能够通过三维立体的方式展现结构在外力作用下发生的缓慢变化,这其中包括变形的发展过程,有助于在设计过程中不断改进结构的性能,控制好设计参数的设置,确保结构的安全性、适用性、耐久性、经济性。

  混凝土结构里面的钢筋,设计时要参考相关的规范来进行设计。虽然钢筋混凝土结构在设计时有相关的软件,但是,人们同样也能够通过ANSYS有限元软件来进行相关的模拟推演。通过在ANSYS软件里面设置相关的材料的参数,例如钢筋的泊松比、抗拉强度等。能够推算出钢筋混凝土结构在受到外力作用下,在外力方向上的位移变化和水平方向的位移的变化。通过ANSYS网格的划分功能、meshtool功能,同样能够观察到钢筋混凝土结构在ANSYS软件设计下的内部钢筋的分布,这些都是ANSYS软件带来的巨大便利,有助于更好地把握钢筋强度的阖值,充分、合理地利用钢筋来进行设计,更好地把握工程造价,有助于改进设计的技术手段,提高设计的质量水平。

  结语

  有限元软件在土木工程中的运用,极大地便利人们的设计,是计算机技术和土木工程相结合运用的典型范例,相信在不久的将来,随着科学技术的进一步发展,软件的不断进步,能够在更多方面满足人们的需求。有限元软件的不断发展必将给土木设计、施工等带来巨大的变化。

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