【实验目的与要求】

1、掌握有限元仿真分析理论；

2、掌握ANSYS软件操作方法；

3、能够处理受力分析数据；

4、编制仿真分析报告。

【参考资料】

1、钢筋混凝土结构设计；

2、ANSYS软件指导资料。

【实验步骤、内容】

1、准备工作

（1）安装ANSYS有限元软件。

（2）建立RC梁有限元仿真模型。

（3）对仿真模型进行静载分析。

（4）对静载相关计算数据进行分析整理。

2、实验步骤

（1）基本假设

1）混凝土本构关系

混凝土采用单轴受压应力-应变曲线方程为具有上升段和下降段的弹性Hongnestad本构模型，见图1。屈服准则采用适用于比例加载和大应变问题的VonMises准则。

图1 混凝土Hongnestad本构关系曲线

具体表达式为

上升段：

，

（1）

下降段：

，

（2）

式中：

—应力值；

—

对应的应变值；

—混凝土受压应力峰值；

—

对应的应变值；

—受压状态下混凝土的极限压应变。

Hongnestad建议理论分析时取

，而在设计中可取

；

为初始弹性模量。建议取斜率为15%的斜直线考虑混凝土的下降段。

2）钢筋本构关系

钢筋本构关系是在单向加载下的应力-应变关系，可采用双线性随动强化的BKIN模型（bilinear kinematic hardening plasticity）。图5中曲线由软钢材料试验简化所得，曲线分为弹性阶段、屈服阶段和强化阶段3个部分。曲线弹性段直线斜率为E，即钢筋弹性模量为E；曲线屈服段是应力保持为屈服强度的水平线；曲线强化段以斜率为

的直线表示。

图2 主筋、箍筋的应力-应变关系图

3）选择模型

建立分离式模型，即把钢筋和混凝土分别建立，钢筋和混凝土尺寸设置更加真实，能够对两者之间的接触、摩擦、受力等行为进行描述。

（2）建立几何模型

先建立混凝土几何模型，然后对混凝土结构体中钢筋位置进行切割，切线为纵向钢筋和箍筋，然后对混凝土和钢筋赋予相应材料参数，混凝土采用solid65单元，钢筋采用link10单元。为防止应力集中，在加载点处设计混凝土矩形垫板，尺寸为b×l=100mm×150mm，选用solid45单元，采取区域拉伸法建立垫板模型。两支座处建立大小为b×l=100mm×150mm的垫块，建模方式与垫板一致。钢筋和混凝土单元网格划分尺寸均为5mm，计算精度为0.035。每级加载分50个子荷载步，50次迭代计算。

图3 仿真模型混凝土单元受力分析云图

（3）对模型跨中部位进行分级加载，直至梁体破坏。

3、数据处理

（1）提取各级荷载下模型跨中位置的挠度变化。

（2）绘制荷载-挠度影响曲线图。

【实验主要仪器设备及材料】

主要仪器设备：电脑；ANSYS仿真软件。