关键词1:协作分析
看到这个标题很多人可能不明白什么是协同分析。所谓协同就是协同变形、联合受力,而不是孤立地分析某一部分。这个有点抽象。比如以前人们设计大跨度钢结构和混凝土结构组成的结构时,由于计算软硬件能力有限,两个结构是分开计算的。钢结构在钢结构设计平台上做,混凝土部分简化为支撑。混凝土结构在混凝土结构设计平台上做,钢结构简化为荷载和钢梁。这样做的好处是简化了分析对象的自由度,提高了效率。但是对于不同的项目,会带来不同程度的误差。原因是钢结构设计中混凝土结构的刚度很难考虑准确,钢结构刚度对混凝土结构的影响(特别是动力特性)也很难考虑准确。如果刚度不准确,内力必然不同。 因此一般在完成独立设计后,会对整体模型进行协同分析,以验证设计的安全性。
图1-1 节点个体分析结果
图1-2 节点及整体协同分析结果
同样的问题其实也存在于节点细部分析中,节点作为整体结构的一部分,往往都是基于简化的边界进行孤立分析,这也会导致上述边界刚度不准确而导致的误差。其次,还有一个问题,就是孤立节点进行细部分析时,需要加入杆件的内力,如果不是二力杆件,还需要加入局部方向的轴力、剪力、弯矩,当杆件较多时,这项工作繁琐,而且容易出错。第三钢结构分析软件,组合工况一般较多,杆件的设计是要保证所有工况下的安全,节点设计是否也应该一样,而不是选取一两个进行验证呢?如果每个工况都进行验证,人工提取、加入内力基本不现实。节点细部模型与杆件体系模型协同分析可以避免上述三个问题。那么如何进行呢?只需要三步:
视频结论:
1.传统方式对节点分别进行详细分析时,需要手动添加杆件内力,十分麻烦,而且难以同时进行所有工况分析。
2.由于分析单个节点时需要简化边界条件,由此产生的误差可能造成计算得到的应力过大(图2)或者过小(图1-1、1-2)。
图2 视频中案例对比
关键词2:midas/FEA
市面上有很多可以做节点有限元分析的软件,我用过一些,在我看来midas/FEA有以下几个优点:
它是专门针对土木工程领域的结构模拟与分析而开发的,没有其他领域的复杂功能,并且简单易懂、容易学习。
灵活的工作平面设置(法线和三点均可定义工作平面)方便建模和定位,无需复杂的装配和定位。
曲线造型、曲面造型、实体造型、布尔运算等丰富的几何功能。
精确的网格密度控制(线播种:渐变)
图3-应力集中区域的网格加密
图 4-局部网格细化与均匀网格结果之间的差异
5.分析条件设置功能(网格、边界、荷载自由组合,考虑不同情况)
在同一个模型中允许采用不同的网格、边界和荷载组合,可以一次计算多种情况(例如是否设置加劲板对结果的影响、不同极端边界条件对结果的影响等)
总结:
完美的建筑离不开结构支撑,而结构又离不开实体节点钢结构分析软件,无论杆件设计得多么保守。
FEA是一款功能齐全、使用简便的详细分析软件,作为Midas系列软件之一,与建筑结构总体分析软件Gen、桥梁结构总体分析软件Civil等有良好的数据接口,是结构分析设计的有力工具,保证了结构的安全。