有限元分析論文精選(九篇)

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第1篇：有限元分析論文范文

關(guān)鍵詞：提單；法律功能；基本原則

引言：自歐洲早期航海貿(mào)易從船商合一到船商分離，出現(xiàn)提單雛形起，提單己在海上貨物運輸中使用了很長的歷史。17世紀，為解決因貨物通過海運時間長，不便商人處分貨物的矛盾，在貿(mào)易領(lǐng)域逐漸承認提單可以直接代表運輸途中的貨物，轉(zhuǎn)讓提單具有轉(zhuǎn)讓貨物一樣的效力，處分提單等于處分正在海上運輸途中的貨物?，F(xiàn)代意義的提單就這樣順應航海貿(mào)易的發(fā)展而出現(xiàn)了，其被賦予了貨物收據(jù)、運輸合同證明及保證據(jù)以交付貨物的功能。國際貿(mào)易的發(fā)展推動提單的發(fā)展，而提單功能的完善使國際貨物買賣實現(xiàn)了由實物交易到單證交易過渡，國際貿(mào)易因此蓬勃發(fā)展，進而又促進了海上貨物運輸事業(yè)的繁榮。提單成為國際貿(mào)易與海上貨物運輸中最重要的單證之一。

一、提單的定義

提單是海上貨物運輸特有的重要運輸單證。英美等國將海陸空運單據(jù)通稱提單，當專指海運時則稱為海運提單，英國船運法規(guī)定，提單是由船東或其他人所簽發(fā)的文件，該文件確認貨物裝上何船并駛往何港，以及運輸裝船貨物的若干條件；在德國，提單是承運人接受承運貨物的書面證明，承運人通過提單承擔將接管的貨物依其所證明的狀況運至目的地，并根據(jù)提單的內(nèi)容交付貨物的義務。在臺灣地區(qū)，海運提單稱作載貨證券，載貨證券為運送人或船長于貨物裝載后、同托運人之請求發(fā)給托運人、承認貨物業(yè)已裝船，約定運送期間權(quán)利義務及領(lǐng)受貨物之特種有價證券。簡言之，載貨證券為一種貨物已上船之書據(jù)。它是海上貨物運輸合同的證明及承運人收受或裝載貨物的文件。繳回該文件時，承運人應交付貨物；提單條款內(nèi)所載的人或所指定或持有提單人請求交貨時，承運人即有交付貨物的義務。

《聯(lián)合國1978年海上貨物運輸公約》（《漢堡規(guī)則》）第1條規(guī)定：“提單是指一種用以證明海上貨物運輸合同和貨物由承運人接管或裝船，以及承運人據(jù)以保證交付貨物的單證。單證中關(guān)于貨物應交付指定收貨人或按指示交付，或交付提單持有人的規(guī)定，即構(gòu)成了這一保證”。

我國《海商法》第71條對提單所作的解釋是：“提單，是指用以證明海上貨物運輸合同和貨物已經(jīng)由承運人接收或者裝船，以及承運人保證據(jù)以交付貨物的單證。提單中載明的向記名人交付貨物，或者按照指示人的指示交付貨物，或者向提單持有人交付貨物的條款，構(gòu)成承運人據(jù)以交付貨物的保證”。

通過比較，不難發(fā)現(xiàn)，兩者的內(nèi)容是基本一致的。它們都概括了提單的本質(zhì)屬性，即：證明海上貨物運輸合同，證明承運人接管貨物或貨已裝船和保證據(jù)以交付貨物。提單的上述本質(zhì)屬性則決定了提單在海上貨物運輸關(guān)系中的法律地位。

二、提單的法律功能

一位著名的英國法官曾說：國際貿(mào)易像一張網(wǎng)，提單是這張網(wǎng)的中心。這高度概括了提單在國際貿(mào)易中的重要地位。從上述提單的定義和它的由來不難看出，提單具有如下三個基本法律功能，而這些構(gòu)成其法律地位的核心內(nèi)容：

（一）提單是承運人出具的已接收貨物的收據(jù)

提單是承運人應托運人的要求簽發(fā)的貨物收據(jù)，以此確認承運人己收到提單所列的貨物。無論是《海牙規(guī)則》還是我國《海商法》均規(guī)定，承運人對于非集裝箱運輸貨物的責任期間是從“貨物裝上船時起”，并在貨物裝船后簽發(fā)“己裝船提單”，表明“貨物己處于承運人掌管下”，所以提單具有貨物收據(jù)的性質(zhì)。但是，提單的貨物收據(jù)的屬性，在班輪運輸?shù)膶嵺`中，通常不以將貨物裝船為條件。通常的作法是，當托運人將貨物送交承運人指定的倉庫或地點時，根據(jù)托運人的要求，先簽發(fā)備運提單，而在貨物裝船完畢后，再換發(fā)已裝船提單。

提單中屬于收據(jù)性的內(nèi)容主要是提單下面所載的有關(guān)貨物的標志、件數(shù)、數(shù)量或重量等。當提單在托運人手中時，它是承運人按照提單的上述記載收到貨物的初步證據(jù)。原則上承運人應按照提單所載事項向收貨人交貨。但允許承運人對貨物的真實情況在提單上進行批注，并允許承運人就清潔提單所列事項以確切的證據(jù)向托運人提出異議。當提單轉(zhuǎn)讓給善意的受讓人時，除非提單上訂有有效的“不知條款”，承運人對于提單受讓人不能就提單所載事項提出異議。此時，提單不再是已收到貨物的初步證據(jù)，而是已收到貨物的最終證據(jù)。

（二）提單是承運人與托運人之間訂立的運輸合同的證明

提單不僅包括上述收據(jù)性的內(nèi)容，而且還載明一般運輸合同所應具備的各項重要條件和條款，這些內(nèi)容從法律上講，只要不違反國家和社會公共利益并不違背法律的強制性規(guī)定，對承運人和托運人就應具有約束力。同時，當承、托雙方發(fā)生糾紛時，它還是解決糾紛的法律依據(jù)?；谶@些原因，可以說提單在一定程度上起到了運輸合同的作用。但是，由于提單是由承運人單方制定，并在承運人接收貨物之后才簽發(fā)的，而且在貨物裝船前或提單簽發(fā)前，承、托雙方就已經(jīng)在訂艙時達成了貨物運輸協(xié)議。所以，它還不是承運人與托運人簽訂的運輸合同本身，而只是運輸合同的證明。原則上，提單上的條款應與運輸合同相一致：當它與運輸合同的規(guī)定發(fā)生沖突時，應以后者為準，

另外，為了保護善意的提單受讓人的利益，也為了維護提單的可流通性，我國《海商法》規(guī)定：“承運人同收貨人、提單持有人之間的權(quán)利、義務關(guān)系，依據(jù)提單的規(guī)定確定”。也就是說，一旦提單流轉(zhuǎn)到運輸合同當事人以外的收貨人或提單持有人手中時，提單可成為海上貨物運輸合同本身，但它此時是個新的合同，其效力優(yōu)于先手存在于承運人和托運人之間在訂艙時達成的協(xié)議。在托運人和承運人之間，如果他們在貨物裝船之前還訂有運輸協(xié)議或簽有其他書面文本，提單就是他們合同關(guān)系成立的證明，而不是合同本身，其權(quán)利義務關(guān)系依運輸合同。但在托運人之外的收貨人或提單持有人與承運人之間，法律直接將提單認定為書面合同，不需要當事人再去約定，其權(quán)利義務關(guān)系依海商法的相關(guān)法律規(guī)范。由此，提單若為托運人持有，那么他和承運人之間便具有以提單為證明的約定運輸合同關(guān)系；提單若為托運人之外的第三人合法持有時，該第三人與承運人之間形成的則是以提單為文本的法定合同關(guān)系。明確這一問題的法律意義是：海商法在兩種情況下對提單的性質(zhì)和作用等作出了規(guī)定，不論是承運人和托運人之間，還是承運人和提單持有人之間，他們總是一種海上貨物運輸合同關(guān)系。區(qū)別僅在于前者屬于約定的合同關(guān)系，后者屬于法定的合同關(guān)系。

（三）提單是承運人船舶所載貨物的物權(quán)憑證

提單使其持有人有權(quán)提取貨物，同時也能用以代表貨物，處分提單就相當于處分了仍在海上的貨物。由此在法律上可以反映為這樣的概念，持有提單事實上就意味著對貨物的支配，這是對貨物占有權(quán)利的一種體現(xiàn)。在海上貨物運輸過程中，運輸本身無非就是占有的轉(zhuǎn)移，提單在一定的意義上，充當了作為承運人識別占有人憑證的作用；在國際貿(mào)易中，提單成為貨物的象征，以單據(jù)交付作為交付貨物的有效證明，同樣也反映了提單交付就是占有的轉(zhuǎn)移。當然提單只是擬制為貨物，因而它所標示的也只是一種“擬制占有”，即擬制為對海上運輸運送物的占有。

對于提單的這個法律功能，我國《海商法》第71條規(guī)定：“提單中載明的向記名人交付貨物，或者向提單持有人交付貨物的條款，構(gòu)成承運人據(jù)以交付貨物的保證”。

三、提單法律功能適用的基本原則

提單在遠洋運輸和國際貿(mào)易中都發(fā)揮著重要作用，圍繞提單可能發(fā)生糾紛也是多種多樣的，主要涉及提單的債權(quán)關(guān)系、提單的物權(quán)關(guān)系以及提單法律行為的效力等等。而通常所說的提單的準據(jù)法多指的是提單債權(quán)關(guān)系的準據(jù)法，這是由于現(xiàn)實中關(guān)于提單的立法多集中在提單的債權(quán)關(guān)系方面，此外，關(guān)于提單的公約以及不少國家關(guān)于提單的立法也多集中在提單的債權(quán)制度方面。

（一）內(nèi)國強制性規(guī)則最為優(yōu)先

一般海上貨物運輸?shù)膰H公約和國內(nèi)涉外法律都會有專門的條款規(guī)定本法的適用范圍。例如波蘭海商法規(guī)定，本法是調(diào)整有關(guān)海上運輸關(guān)系的法律；我國海商法第2條也相應規(guī)定了本法的適用范圍。但這些條款都是國際私法意義上的法律適用條款，并沒有規(guī)定哪些案件必須適用本法。但也有國家直接在本國海上貨物運輸?shù)姆芍羞m用單邊沖突規(guī)范的形式規(guī)定了法律適用規(guī)范，其中主要是由于某些參加國際公約的國家為使公約生效，將公約的內(nèi)容列入各自的國內(nèi)立法，在二次立法的過程中，往往根據(jù)本國的具體情況，對其法律的適用范圍作出不同于公約規(guī)則本身規(guī)定的法律適用范圍的強制性規(guī)定。

英國1924年《海上貨物運輸法》第1條規(guī)定，除本法另有規(guī)定的外，以英國港口為航次起運港的所有出口提單均適用該法。英國1971年海上運輸法也相應地把原來只管轄與適用出口簽發(fā)的提單的條款改為也適用進口。

美國1936年的《海上貨物運輸法》的規(guī)定，對外貿(mào)易中作為進出美國港口的海上貨物運輸合同的證據(jù)——提單或其他權(quán)利單據(jù)受本法的約束。除美國外，類似的國家如比利時、利比里亞、菲律賓等，只要外貿(mào)貨物運輸是進出其國內(nèi)港口的，提單就須適用其國內(nèi)法化的海牙規(guī)則，而不論提單簽發(fā)地是否在締約國。因此這類國家法院在審理以上所言及的法律所規(guī)定的某些案件時，是直接適用這些法律適用規(guī)范所指向的國內(nèi)法，一般是排除當事人的選擇和其它法律適用原則的，因此具有強制性，當事人不能通過任何手段排除其適用。

這類國家在依據(jù)所締結(jié)或加入的國際公約制定內(nèi)國法時，同時也是在履行公約規(guī)定的義務，因此制定這些強制性法律適用規(guī)范，并沒有違反公約的規(guī)定，只是在一定程度上擴大了國際公約的適用范圍。

（二）締約國法院優(yōu)先適用國際公約原則

關(guān)于提單的三個公約均是實體法性質(zhì)的國際公約，公約既然是國家制定的，按照“合約必須遵循”的原則，締約國負有必須實施其所締結(jié)的國際公約的責任。締約國在其域內(nèi)實施其所締結(jié)的統(tǒng)一實體法公約，在許多情況下都意味著締約國的法院必須對于符合條件的案件適用該國公約。當然也有例外。某些國際公約規(guī)定合同當事人可以全部或部分排除該公約的適用。但是有關(guān)提單的三個公約沒有“當事人意思自治”的條款，在法律效力上，它們屬于具有強制性的國際統(tǒng)一實體法規(guī)范，締約國的法院有義務對符合公約適用條件的案件優(yōu)先適用公約，在這種情況下，締約國的法院是排除當事人選擇的其它法律的。

（三）當事人意思自治原則

當事人意思自治原則，是指當事人可以通過協(xié)商一致的意思表示自由選擇應適用的法律。大多數(shù)國家在一般情況下是承認這種條款的效力的。單據(jù)的流轉(zhuǎn)是海上運輸?shù)囊粋€特點，因此承運人不可能和每個有關(guān)的當事人都一起協(xié)商法律適用條款，各國制定有關(guān)的法律和締結(jié)國際公約，規(guī)定了承運人的義務和責任，在很大程度上就是為了限制承運人的締約自由，從而保護貨主的利益，因此沒有必要再去否定提單上的法律選擇條款。對于交易而言，法律關(guān)系的穩(wěn)定性比公平性更加重要。提單條款雖是格式條款，但都是公布在外的，托運人或提單持有人并非不能知道該條款，無法表達對爭議解決條款的意思。而且與提單的交易流轉(zhuǎn)結(jié)合起來，提單持有人和收貨人雖然沒有與船方協(xié)商爭議解決條款，但可以通過與托運簽訂買賣合同開具信用證時，就簽發(fā)何種提單作出約定，從而表達其對解決爭議的意思。在我國，根據(jù)國內(nèi)外國際私法理論、立法及司法實踐，對該原則應從以下幾個方面加以限制，并應據(jù)此確定當事人選擇法律的效力。

1、法律選擇的方式

當事人選擇法律的方式有明示法律選擇和默示法律選擇兩種。前者是指當事人雙方以合同中的法律選擇條款或合同之外的專門法律選擇協(xié)議明確表達有關(guān)法律選擇的意圖，這種方式已為各國普遍接受。后者是指當事人通過合同條款或其行為表達的有關(guān)選擇法律的暗示。

為了避免法官在推定當事人選擇法律的默示意思時過于主觀臆斷，最近許多國家的立法和一些國際條約的發(fā)展趨向是對默示選擇加以限制，要求必須在事實十分明顯或者在確定的條件下才得推定當事人的意思。如1985年《海牙公約》第7條第1款規(guī)定：“當事人選擇協(xié)議必須是明示的或者從合同的當事人的行為整體來看可以明顯地推斷出來”。

2、選擇法律的時間和范圍

一般來說各國立法以及實踐不僅允許雙方當事人在訂立合同時進行法律選擇，而且也允許在爭議發(fā)生后，法院開庭審理前，甚至直到判決前再選擇法律.同時也允許當事人協(xié)議變更以前所選擇的法律，但要此時選擇的法律不能影響合同的形式效力，或第三人的利益。對此，我國《最高人民法院關(guān)于適用“涉外經(jīng)濟合同法”若干問題的解答》僅允許當事人在訂立合同時，法院開庭審理前選擇法律。。筆者認為，這一時間應從當事人訂立合同時延長到法院判決前，而且在滿足上述條件的情況下可以變更所選擇的法律。在涉外合同沖突法中，我國同國際上的普通做法一致，不接受反致。故國際海上貨物運輸合同當事人選擇法律當然僅指所選國家法律中的現(xiàn)行的實體法，不包括其沖突法。

3、選擇法律的空間范圍

選擇法律的空間限制是指，當事人所選擇的法律必須與合同或當事人之間有一定的客觀上的聯(lián)系，否則當事人的選擇無效。波蘭、葡萄牙、西班牙等國家的法律都有此種要求。美國1971年《第二次沖突法重述》也強調(diào)：允許當事人在通常情況下選擇準據(jù)法，并不等于給他們完全按照自己的意愿去締結(jié)合同的自由。當事人選擇法律時，必須有一種合理的根據(jù)，而這種合理的根據(jù)主要表現(xiàn)為當事人或合同與所選法律之間有著重要的聯(lián)系，即合同或在那里締結(jié)，或在那里履行，或合同標的位于該地，過當事人的住所、居所、國籍、營業(yè)地在該地。否則，選擇應被法院認為無效。而在美國司法實踐中，只要當事人的選擇是善意的、合法的、不存在規(guī)避公共政策的意圖，當事人可以選擇與合同沒有客觀聯(lián)系的法律。日本、泰國、奧地利、比利時、丹麥、德國、瑞士等國的立法，也沒有這種限制。

此外，1978年的《海牙法律適用公約》、1980年歐共體《關(guān)于合同義務法律適用公約》和1986年《海牙國際貨物銷售合同適用法律公約》。也沒有禁止當事人選擇與合同無客觀聯(lián)系的法律。對于該問題，我們認為應當允許當事人自行選擇任何一國法律來制約其合同。尤其對海上貨物運輸合同而言，它所涉及的國家和地區(qū)較多，海商法和一般的民商法相比，又具有很強的涉外性、技術(shù)性和專業(yè)性，只要當事人不存在規(guī)避法律的意圖，允許他們選擇某一更加完備且為雙方熟悉的第三國法律來決定其權(quán)利義務，不僅有利于當事人達成協(xié)議，也可以更好地體現(xiàn)意思自治原則的優(yōu)越性。實際上，我國海事司法實踐對當事人選擇法律也無特別的空間上的限制。如1995年“全國海事審計工作（寧波）研討會紀要”寫道：“根據(jù)海商法第269條的規(guī)定應承認提單中約定的適用法律條款，在具體適用時應受當事人提供證據(jù)的制約”。

（四）最密切聯(lián)系原則

最密切聯(lián)系原則是指選擇與合同有最密切聯(lián)系的國家的法律作為合同的準據(jù)法。該原則是在批判傳統(tǒng)沖突規(guī)范的機械性、僵硬性的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，與傳統(tǒng)的沖突規(guī)范相比具有靈活性，有利于案件公正、合理地解決，然而，由于“最密切聯(lián)系原則”這一概念本身的抽象與模糊，若不對該原則進行適當?shù)南拗?，就無法減少或避免法官自由裁量權(quán)的濫用。這同樣也是不利于案件公正合理地解決的。因此在運用“最密切聯(lián)系”原則時，要盡可能做到既能防止法官自由裁量權(quán)的濫用又能保證案件處理的公正合理。我國海事法院在審理涉外提單糾紛案件時，經(jīng)常適用“最密切聯(lián)系”原則，但在運用此原則確定提單應適用的法律時，卻有較大的隨意性，有的案例中僅寫明：“原告與被告未在合同中約定解決糾紛所適用的法律，應適用與合同最密切聯(lián)系的國家的法律解決本案糾紛。由于本案貨物運輸目的港是中國汕頭港，故本案適用中國法律?！币灿邪咐皇呛唵蔚貙懨鳎骸熬C合考慮，中國與本案合同糾紛的聯(lián)系最密切，因此，應適用中華人民共和國法律處理本案。”

對于海上貨物運輸合同或提單法律關(guān)系不同國家的法律或國際公約在運用“特正性履行”的方法適用“最密切聯(lián)系”原則結(jié)果都不同。如1975年《德意志民主共和國關(guān)于國際民事、家庭和勞動法律關(guān)系以及國際經(jīng)濟合同適用法律的條例》第12條規(guī)定，對于貨物運輸合同、承攬運送合同，其合同應當分別適用運輸人、承運人的主營業(yè)所所在地的法律。但也有的法律對運用“特征性履行”方法對海上貨物運輸合同的法律適用進行的推定，規(guī)定了較嚴格的條件，如歐共體于1980年在羅馬簽定的《歐洲經(jīng)濟共同體關(guān)于合同義務的法律適用公約》第4條規(guī)定，貨運合同在訂立時，承運人的主營業(yè)所所在國也是裝貨地或卸貨地所在國，或者也是承運人的主營業(yè)所所在國，應推定這個國家為與該合同有密切聯(lián)系的國家。我國法律則對海上貨物運輸合同和提單的法律適用未進行推定，因此法院對此類案件在適用“最密切聯(lián)系”原則時仍有較大的自由裁量權(quán)。超級秘書網(wǎng)

大多國家的提單糾紛案件可適用的往往只有其中幾種，但在考慮如何適用時的順序卻是一致的。根據(jù)我國《海商法》的規(guī)定，我國目前提單法律適用的原則主要是“當事人意思自治原則”和“最密切聯(lián)系原則”，那么在審理提單糾紛案件時，首先考慮適用的就是“當事人意思自治原則”，在當事人未就法律適用達成一致時，再考慮“最密切聯(lián)系原則”。此外，如果我國將來加入有關(guān)的國際公約，則還要承擔相應國際公約的義務。超級秘書網(wǎng)

結(jié)束語

提單的法律功能涉及到提單的國際公約，各國國內(nèi)海事立法等。雖然世界各國尤其是西方重要的海運大國在解決提單法律適用糾紛方面已經(jīng)逐漸以判例或成文法的形式給我們提供了相對成熟、先進的成例，對我國的航運實踐以及司法實踐都有很好的借鑒作用。但是畢竟各國在制定其海事法律時，更多的是從其本身的政治、經(jīng)濟等利于本國的諸因素來考慮的，各國的政治經(jīng)濟背景不同，制定出來的海事法律也不盡相同，僅靠各國制定各自的沖突規(guī)則來解決海上貨物運輸?shù)姆蓻_突問題已不能符合日益發(fā)展的海事法律關(guān)系的需要。海事沖突法、海事實體法的統(tǒng)一是國際海事法發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻

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第2篇：有限元分析論文范文

關(guān)鍵詞：分層總和法 Drucker-Prager模型 地基沉降

1.概述

有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）利用數(shù)學近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬。有限元分析方法可以利用簡單而又相互作用的單元元素，用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量。尤其近年來，廣大學者不停的完善有限元中各個模型的參數(shù)，使其能更加準確且廣泛的應用于各個行業(yè)領(lǐng)域。同時，利用有限元分析方法分析并解決土木工程上的問題也得到越來越廣泛的應用。利用有限元分析的方法來分析地基的沉降可以預測并防治地基沉降帶來的危害[1]，將有限元分析方法應用在地基沉降中的重要前提是建立與當?shù)氐鼗两迪喾哪Ｐ停瑥亩_保分析結(jié)果的可靠性。本文以內(nèi)蒙古110國道為依托，建立適合于分析內(nèi)蒙古地區(qū)110國道的沉降有限元模型，以供對其進行改建等工程時進行相對準確的使用及分析。

內(nèi)蒙古地區(qū)110國道路線帶主要地貌為低山丘陵、熔巖臺地和盆地型地貌單元，地勢陡緩相接呈波狀起伏。地質(zhì)構(gòu)造較為單一，地基以粉土、礫砂、中砂為主，軟土地基段較少且軟土段土層較淺。其地基土黏聚力c=4.77～35.38Kpa，內(nèi)摩擦角φ=1.06～31.10°。本文主要以此段國道常見地質(zhì)條件分析，軟土地段施工時已采取換填等施工技術(shù)，故不單獨考慮。

2. 分層總和法計算地基總沉降

2.1幾點假定

分層總和法是將地基土分成若干一定厚度的水平土層，先計算每層土體的壓縮量S，最后將各層累計作為總的土體沉降量。但是，在應用分層綜合法計算沉降量的時候為了應用相關(guān)附加應力公式以及室內(nèi)壓縮試驗的數(shù)據(jù)指標，需要對地基土體作下列假定：

（1）地基土為一均勻、等向的半無限空間彈性體；

（2）地基土的變形條件，為側(cè)限條件；

（3）沉降計算的深度，理論上應計算至無限深，實際情況中附加應力擴散隨深度而減小，根據(jù)壓力減小情況，本文計算至30米深度。

2.1分層總和法計算過程

分層總和法在計算沉降量時只能對某點進行計算，本文在計算時選取了地基沉降量最大的點，即路基中心處對應的地基進行沉降量計算。結(jié)合傳統(tǒng)分層總和法中的規(guī)范法[2]及相關(guān)學者所做研究 [3]，選取適合道路荷載方式的附加應力公式：

σz=

式中：αs1、αs2分別為大、小三角形的應力系數(shù)。

通過設(shè)計資料及土工試驗，確定孔隙比變化范圍，根據(jù)計算，得到路基中心點地基30米深度內(nèi)沉降值為1.58cm。

地基沉降計算過程如下表，表中Si= hi

表 1 沉降計算表

深度 土層厚度m 平均

自重應力 平均

附加應力 總應力平均值 受壓前

孔隙比 受壓后

孔隙比 沉降量m

1 1 9 126.4 135.4 1.0510 1.0470 0.001950

5 4 54 119.95 173.95 1.0500 1.0450 0.009756

10 5 149 106.85 255.85 0.5930 0.5925 0.001569

15 5 258 98.2 356.2 0.5926 0.5923 0.000941

20 5 358 82.35 440.35 0.5923 0.5921 0.000628

25 5 458 62.15 520.15 0.5917 0.5915 0.000628

30 5 558 35.05 593.05 0.5913 0.5912 0.000314

3.有限元模型的建立[4]

3.1材料本構(gòu)模型的選擇

材料的本構(gòu)模型是材料應力、應變關(guān)系的數(shù)學描述，是有限元計算的基礎(chǔ)，直接影響有限元計算的精度，甚至影響有限元的計算進程。所以，在對沉降進行有限元模擬時，模型的選擇直接影響其應變的結(jié)果，從而影響對沉降的預測。本文采用了與土體應變規(guī)律較為一致的Drucker-Prager模型進行模擬計算，Drucker-Prager模型為彈塑性模型，同時克服了Mohr-Coulomb模型的屈服面棱角奇異性，在進行有限元分析時較能準確的反應出土體沉降變形的實際情況。

3. 2 所選模型的假定條件

在進行有限元分析時，需要對現(xiàn)存路基及荷載進行下列假設(shè)，以保證有限元分析的進程：

（1）將三維問題轉(zhuǎn)化為二維平面問題來考慮，按平面應變問題來模擬計算；

（2）路堤足夠長，且地基土均勻分布且各向特性相同；

（3） 交通荷載作用在本文有限元模擬計算中等效為10kPa靜載[5]

3.3模型邊界條件的設(shè)定及參數(shù)的選取

據(jù)本文所依托110國道改建工程，根據(jù)設(shè)計文件相關(guān)參數(shù)，為簡化計算，路基寬取值為26米，路基高度取為6米。邊界條件上，結(jié)構(gòu)左右邊界定位橫向固定約束，限制了水平位移；底部為橫向和豎向雙向固定約束，同時限制了水平和豎直位移；同時，將邊界條件定位不透水的邊界；水位線根據(jù)水文勘測資料取值為地表下0.4m，水位線以上地基土體以及路基填土均假定為孔隙水壓為零。為更符合實際沉降原理，在選擇單元時，地基土體采用平面應變減縮積分孔壓/應力耦合單元，路基填土采用平面應變減縮積分單元。

材料參數(shù)的選取依據(jù)相關(guān)論文[6]研究，初始按下表所示選?。?/p>

表2 材料參數(shù)的選取

類別 厚度（m） rd（kN/m3） φ（°） c（kPa） κ E（kPa） μ

路基 6 18 20 10 0.43 40000 0.3

地基 5 18 9.9 8 0.53 2000 0.35

3.4基于分層總和法計算結(jié)果的參數(shù)調(diào)整

根據(jù)相關(guān)軟件操作方法將有限元模擬計算輸出結(jié)果，得到地基最大沉降量為1.52cm且位于路基的中心點下，最大沉降量發(fā)生位置與分層總和法以及工程實際相符，但可以看出，有限元分析數(shù)值結(jié)果上略小于分層總和法計算結(jié)果，現(xiàn)不改變邊界條件及路基材料參數(shù)，對地基參數(shù)進行調(diào)整。本文選取影響因素較大的兩個參數(shù)φ、c進行調(diào)整。

當c一定時，分別取φ值30、20、15、9.9、5，計算得到地基最大沉降量為0.16cm、0.77cm、1.08cm、1.52cm、2.03cm；

當φ一定時，分別取c值30、20、15、8、4，計算得到地基最大沉降量為

0.97cm、1.21cm、1.37cm、1.52cm、1.65cm。

由上結(jié)果可以看出，φ值在變化時，有限元分析結(jié)果變化明顯，且成反比關(guān)系。調(diào)整材料參數(shù)時，結(jié)合實際土工試驗及相關(guān)工程地質(zhì)的取值范圍，取c值為8、φ值為9，計算得到地基最大沉降量為1.58cm，與分層總和法計算結(jié)果吻合。

4.結(jié)論

4.1由本文中有限元分析及計算結(jié)果可以看出，在豎向位移的結(jié)果分析上，改變地基土內(nèi)摩擦角φ的取值，其影響程度要大于改變粘聚力c的取值，且都與沉降量呈現(xiàn)反比關(guān)系。在調(diào)整有限元材料參數(shù)時，可結(jié)合分層總和法計算結(jié)果與有限元分析結(jié)果之間的誤差范圍，并考慮工程實際土工試驗結(jié)果，有效快速的調(diào)整參數(shù)的取值。

4.2內(nèi)蒙古地區(qū)110國道的地基沉降有限元模擬參數(shù)取c值為8、φ值為9，較為合理，根據(jù)設(shè)計資料以及現(xiàn)場土工試驗結(jié)果可以看出，c、φ取值低于試驗平均值的大小時較能準確反映出實際沉降的結(jié)果。

【參考文獻】

1 石亦，周玉蓉.ABAQUS有限元分析實例詳解[M].機械工業(yè)出版社，2006

2 馬寧.土力學與地基基礎(chǔ)[M].北京：科學出版社，2003

3 陳開圣，劉宇峰.分層總和法在路基沉降計算中應注意的幾個問題[J].巖土工程，2005，19（1）：3-6

4 廖公云，黃曉明.ABAQUS有限元軟件在道路工程中的應用[M].南京：東南大學出版社，2008

5 Hna.J.，Gbar.M.A Numerical Analysisi of Geosynthetic-Reinforced and Pile-Supported Earth Platforms over Sotf Soil [J].Jounral of geotechnical and geoenvironmental engineering，ASCE，2002，128（5）：44-53

第3篇：有限元分析論文范文

[關(guān)鍵詞]教學改革 教材建設(shè) 教學方式 實踐教學 評價指標

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）16-0076-02

創(chuàng)新教育是一種全新的教育理念，主要是樹立以學生為中心的觀念，通過調(diào)動學生的學習積極性，教給學生創(chuàng)造性的思維方式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力?！安牧霞庸み^程中的物理場”是材料加工專業(yè)的學科基礎(chǔ)理論課，該課程理論性強，且涉及的學科基礎(chǔ)理論課程多，曾經(jīng)是該專業(yè)本科生和碩士研究生比較頭疼的課程之一。但由于該專業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)及工藝設(shè)計階段普遍采用計算機仿真技術(shù)，該課程作為計算機仿真的理論基礎(chǔ)對提高仿真的技術(shù)水平具有重要的價值，開展該課程的教學和研究又是非常必要的。下面就推進該課程的教學改革，提高培養(yǎng)工程應用創(chuàng)新人才的質(zhì)量談一些體會。

一、因材施教，抓好教材建設(shè)是推進課程教學改革的突破口

“材料加工過程中的物理場”是材料成形計算機仿真的基礎(chǔ)理論課程，教學目標是讓學生學習材料成形的數(shù)值分析理論基礎(chǔ)，預先需要開設(shè)的課程有高等數(shù)學、線性代數(shù)、材料力學、彈性力學理論基礎(chǔ)及金屬塑性成形原理等，是一門教學起點高、理論性很強的課程。雖然國內(nèi)已經(jīng)有不少通用數(shù)值分析理論書籍及材料成形數(shù)值分析教材，但多數(shù)教材太注重自身理論體系的嚴密性和完整性，不太注重學生的知識基礎(chǔ)及認知規(guī)律，因而往往起點太高并不適合作為我校本科生及碩士研究生的教材。鑒于此，我們結(jié)合當前應用型大學材料加工工程專業(yè)本科及碩士研究生教育專業(yè)知識背景的實際情況，并著眼于未來市場對工程創(chuàng)新人才的需要，編寫了《材料成形的數(shù)值分析理論基礎(chǔ)及軟件應用講義》供內(nèi)部使用，作為推進該課程教學改革的突破口，取得了良好效果。在課程教材建設(shè)的過程中，主要基于以下思考：

1.教材內(nèi)容及課程設(shè)置一定要符合學生的認知規(guī)律。

對于本科生，考慮到對預先開設(shè)的理論課程的要求，該課程應設(shè)置在專業(yè)基礎(chǔ)課講授完成以后為好。在教材內(nèi)容上，要做到循序漸進、由淺入深、量體裁衣、因材施教。

2.教材內(nèi)容總體把握分為兩大部分，即線性有限元分析理論基礎(chǔ)和非線性有限元及其在金屬塑性加工中的應用。

第一部分側(cè)重于基本概念、基本知識、基本理論的學習，第二部分在線性有限元分析理論的基礎(chǔ)上，側(cè)重于金屬塑性加工非線性有限元理論體系的構(gòu)建，并理論聯(lián)系實際落實到應用實例。

3.在具體章節(jié)內(nèi)容的安排上，不追求理論體系的嚴密性和完整性，但要符合學生的認知規(guī)律，由淺入深、循序漸進、量體裁衣，并在一定程度上注重知識的系統(tǒng)性。

譬如，第一章緒論主要介紹了工程上常用的幾種數(shù)值分析方法及其適用的應用領(lǐng)域，有限元法作為最重要的一種數(shù)值分析方法做了詳細介紹，并介紹了工程上常用的通用有限元分析軟件及材料成形專用有限元分析軟件。使學生對開設(shè)該課程的背景有一個直觀的認識，該課程離現(xiàn)實并不遙遠，對于將來的工程應用或理論研究都具有重要價值。

考慮到我校材料加工專業(yè)及多數(shù)高校工程專業(yè)在本科課程中并未開設(shè)彈性力學理論課程，而彈性力學的基礎(chǔ)理論及變分原理又是學習數(shù)值分析理論必須要掌握的內(nèi)容，因此在教材的第二章對彈性力學的基本方程及變分原理做了系統(tǒng)介紹。第三章介紹了桿梁系結(jié)構(gòu)有限元分析的一般過程，以桿單元分析為主，并簡要介紹梁單元的概念。桿單元是有限元分析中最簡單的一種單元，但桿系結(jié)構(gòu)的有限元分析卻能反映有限元分析的一般流程和有限元法最本質(zhì)的東西，并且學生容易接受，所以本章安排了一個一般桿系結(jié)構(gòu)的有限元分析實例，使學生對有限元分析的整個過程有一個清晰的認識。第四章介紹了連續(xù)體結(jié)構(gòu)有限元分析的基礎(chǔ)理論，重點介紹二維平面問題、軸對稱問題及三維連續(xù)體問題單元模型的構(gòu)造方法，并簡要介紹板殼單元的基本理論。第五章介紹等參元的概念及計算、二維及三維連續(xù)體等參元的構(gòu)造方法、三維一般殼體單元的構(gòu)造方法，并介紹數(shù)值積分的概念及計算方法。

金屬的塑性成形主要是通過鍛造、擠壓、拉拔、軋制、沖壓等工藝把金屬加工成所需零件形狀的一種方法，反映金屬塑性加工的有限元法主要是指剛（粘）塑性有限元理論及大變形彈塑性有限元理論。所以第二部分針對鍛造、擠壓等工藝著重介紹指剛（粘）塑性有限元理論體系及應用，而針對沖壓工藝著重介紹大變形彈塑性有限元理論體系及應用。

4.教材力求語言精辟、通俗易懂，并把知識的系統(tǒng)性和應用性相結(jié)合。

教材在編寫過程中，要注意把握知識理論的邏輯性，并用精辟和通俗易懂的語言敘述出來。由于該課程最后要體現(xiàn)為金屬塑性加工數(shù)值仿真的基礎(chǔ)理論課，在第一部分線性有限元理論內(nèi)容的設(shè)置上，要注意把握知識的系統(tǒng)性和應用性的結(jié)合，譬如軸對稱體單元及三維一般殼單元等理論知識的介紹。

5.教材建設(shè)要在實踐中不斷充實、完善和提高。

針對每次的教學實踐，都應該和學生和有關(guān)專家及時進行溝通交流，了解哪些地方需要補充，哪些地方需要改進，力求教材在教學實踐中不斷完善和提高，更好地為我校和其他高等院校工程專業(yè)提供服務。

二、更新教育理念，改革課堂教學方式是推進課程教學改革的重要內(nèi)容

1.積極推進主動式學習方式，發(fā)揮學生學習的創(chuàng)造性。

在研究生該課程的課堂教學中，針對非線性有限元理論的學習，由于該部分內(nèi)容多且理論深度較深，總學時有限，以前采用灌輸式的教學方式并沒有取得好的教學效果。我們采用了以下教學改革方式，結(jié)合筆者在非線性有限元理論以往豐富的研究經(jīng)驗，首先從總體上概括性地分別向?qū)W生講授剛塑性及大變形彈塑性有限元理論體系，然后針對每一部分分別推薦有效的參考資料，并布置若干研究專題。學生在分組獲得一個研究專題后，到圖書館或通過網(wǎng)絡主動查閱資料，首先對每一部分進行系統(tǒng)學習，然后針對自己的研究專題深入研究，撰寫研究論文和PPT。在以后的課堂教學中，各個同學分別用PPT講解自己的研究內(nèi)容，并在課堂交流中和老師、同學一起討論，共同促進研究專題的學習。

2.采用多媒體教學方式，改進課堂教學效果。

事實證明，采用多媒體教學并和板書方式相結(jié)合，能夠做到言簡意賅，重點突出，科學知識的邏輯性和結(jié)果的形象性相結(jié)合，改進了教學效果，提高了工作效率。

三、加強課堂實踐教學，是推進課程教學改革的重要環(huán)節(jié)

理論學習和軟件應用相結(jié)合，一方面可以加深對理論學習抽象概念和嚴密知識的理解，對金屬塑性成形仿真過程有一個比較直觀的認識，是課堂教學知識性和趣味性一個比較好的結(jié)合；另一方面，軟件應用本身不單純是對學生一門操作技能的訓練，更重要的是通過實踐教學對學生創(chuàng)新能力的一種培養(yǎng)。我們采取了以下方式加強了課堂實踐教學：

1.優(yōu)選出一種金屬塑性加工仿真軟件，拿出一定的學時上機講授該軟件的具體操作方法。

2.精選出一個金屬塑性加工實例，應用該軟件向?qū)W生講授實例的建模、運算和后處理整個操作過程。結(jié)合已經(jīng)學習的仿真基礎(chǔ)理論知識，詳細講授實例建模過程中一些技術(shù)參數(shù)、工藝參數(shù)的設(shè)置方法，并學會運用理論知識查閱軟件理論手冊，讓學生真正理解理論知識和軟件應用相結(jié)合，并終生受益。

3.讓學生獨立操作一個工程實例，作為培養(yǎng)其工程創(chuàng)新能力的一個訓練和該課程的一個考核指標。

四、改革課程評價指標，是推進課程教學改革的保障

課程教學效果科學的評價指標，不但是對課程教學效果的檢驗，而且是對推進課程教學改革的一個保障。由于該課程是由理論知識講授、師生互動學習及課堂實踐教學有機結(jié)合的整體，因此該課程的科學評價指標應反映這三方面的實際教學效果。學生該課程的最終考核成績是由三方面綜合確定的：一是理論考核筆試成績，二是平時作業(yè)及專題研究論文成績，三是工程實例仿真研究成績。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 王祖源，嚴導淦.工科物理課程改革與教材建設(shè)[J].中國大學教學，2011，（12）：36-38.

[2] 趙禮峰.數(shù)學實驗課程對大學生素質(zhì)培養(yǎng)的重要作用[J].中國大學教學，2011，（12）：42-44.

第4篇：有限元分析論文范文

關(guān)鍵詞：CFRP，約束，預壓，有限元

 

一、有限元模型的建立方法與原理1 混凝土的模擬ANSYS中提供了專門面向混凝土、巖石等材料的單元－SOLID65單元[1]。它是8節(jié)點的六面體單元，使用分布式固定裂縫模型，也可以使用整體式鋼筋模型。SOLID65單元可以模擬材料的開裂和壓碎。用彈塑性本構(gòu)關(guān)系模擬混凝土受壓行為，用斷裂軟化本構(gòu)關(guān)系模擬混凝土受拉軟化行為。所以SOLID65的實際上采用的是“彈塑性＋斷裂”的本構(gòu)模型，破壞準則采用的是改進的William-Warnke五參數(shù)破壞準則。

2 混凝土裂縫的模擬Solid65中使用彌散固定裂縫模型，每個高斯積分點最多有三條相互垂直的裂縫。彌散裂縫模型將混凝土裂縫彌散到整個單元中，將混凝土材料處理為各向異性材料，利用混凝土的材料本構(gòu)模型來模擬裂縫的影響。這樣，當混凝土某一單元的應力超過開裂應力時，只需將材料本構(gòu)矩陣加以調(diào)整。3 碳纖維的模擬纖維復合材料片材單元采用四結(jié)點薄膜單元(SHELL41)。該單元有平面內(nèi)剛度而無平面外剛度，單元只能承受拉力作用，沒有抗彎、抗壓能力。符合FRP布在約束混凝土中的受力狀況。纖維材料設(shè)為各項異性，在垂直纖維方向材料沒有強度（實際計算中取為纖維方向強度的1/106）。諸多試驗均證明，F(xiàn)RP 材料的應力－應變關(guān)系接近理想彈性。因此，在本次有限元分析中設(shè)定CFRP材料為理想彈性材料，且若纖維應力超過其抗拉強度，則認為纖維斷裂，計算終止[2]。單元的每個結(jié)點也只具有X、Y和Z軸三個方向自由度，從而保證了體單元和膜單元聯(lián)結(jié)結(jié)點的自由度不會發(fā)生沖突。設(shè)CFRP布與混凝土材料之間粘結(jié)完好，無脫落現(xiàn)象，CFRP布和混凝土之間無相對滑移。

4 預壓過程的模擬由于預壓受力構(gòu)件所粘貼的CFRP是在混凝土承受了一定的荷載產(chǎn)生了一定應力－應變后才開始發(fā)揮作用的[3]。因此如何模擬二次受力這種鋼板應力滯后的狀態(tài)是二次受力有限元分析的核心問題。論文參考網(wǎng)。在有限元分析過程中采用了有限單元的生死（Birth and Death）來控制外層CFRP的單元發(fā)揮的作用。單元生死的作用是可以控制單元的剛度矩陣對整體剛度矩陣的做出貢獻（單元生）不做出貢獻（單元死）。利用單元生死的方法可以先將CFRP所對應的單元殺死，加入初始荷載，可以得出混凝土在初始荷載下了應力－應變關(guān)系。再將混凝上單元的應力值導出作為初應力文件，在激活CFRP對應的單元后，將初應力文件導入并施加在混凝土單元上，重新加載開始計算。從而再現(xiàn)了二次受力構(gòu)件的加載過程。在本課題預壓過程的模擬中，混凝土單元和CFRP單元采用共用節(jié)點連接，不考慮兩者間的滑移。

5 非線性方程組解法計算采用Newton-Raphson平衡迭代方法求解非線性方程組。論文參考網(wǎng)。在計算過程中將荷載分成一系列載荷步，在每個載荷步內(nèi)設(shè)若干子步施加載荷增量。在每次求解前，N-R方法估算出殘差矢量，這個矢量是恢復力（對應于單元應力的載荷）和所加荷載的差值，然后使用非平衡載荷進行線性求解，且核查收斂性[4]。在迭代過程中使用不平衡節(jié)點力為衡量收斂標準，在滿足下列條件時，就認為已經(jīng)收斂

(1)

式中：

－殘余節(jié)點力向量的二范數(shù)；

－施加荷載向量的二范數(shù)；

－收斂容限，本文計算中取0.02。

二、計算與分析1 計算模型根據(jù)以上有限元原理建立試件模型，如圖14所示。網(wǎng)格大小控制在20mm，混凝土部分劃分為960個Solid65單元，CFRP劃分為480個Shell41單元。

在有限元計算中為避免在支座位置產(chǎn)生應力集中，從而使支座附近的混凝土突然破壞造成求解失敗，本文采取在柱頂與柱底部位加150mm×150mm×20mm的彈性墊塊，單元類型為Solid45。論文參考網(wǎng)。

2 計算邊界條件模擬在對結(jié)構(gòu)施加約束條件時，考慮到混凝土與試驗用的壓力機在接觸面上存在摩擦力，對混凝土的橫向變形有約束作用，所以對于模型的頂部也施加了2個水平方向上的約束。同時構(gòu)件處于軸壓狀態(tài)，并不存在彎矩，所以在模型的底部施加的是3個方向的位移約束，而沒有施加轉(zhuǎn)角約束。將荷載按面荷載施加在構(gòu)件上表面，為了求出極限荷載采用了多級的荷載步[5]。

計算中若出現(xiàn)以下三種情況之一，則認為達到破壞極限狀態(tài)，計算終止：

1）未包裹CFRP的試驗柱達到極限承載力破壞，計算終止。

2）CFRP達到極限抗拉強度而拉斷，計算終止。

3）在計算過程中，當?shù)^25次不收斂，則將加載步長折半，如重復折半超過1000次仍不收斂，則認為已產(chǎn)生很大的塑性變形而達到破壞極限狀態(tài)，計算結(jié)束。

3 包裹不同層數(shù)CFRP試件的計算結(jié)果對比分析利用上面的有限元模型分別對不同軸壓比下試件外包裹1、2、3層碳纖維布的情況進行模擬計算，得到的不同軸壓比和CFRP不同包裹層數(shù)下峰值應力提高幅度對比和豎向應力－應變關(guān)系曲線分別見表1和圖1。

表1 峰值應力提高幅度對比

第5篇：有限元分析論文范文

【關(guān)鍵詞】十字形柱 有限元 拉伸強化 節(jié)點核芯區(qū)

引言

鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)有諸多優(yōu)點，如整體性強、延性好，與矩形柱相比柱肢厚度與墻體厚度齊平，擴大了建筑有效使用功能，顯示出優(yōu)越的的社會效益。而由于該結(jié)構(gòu)使用的時間較短，至今未經(jīng)實際震害檢驗，各國對其受力性能研究得較淺。同時，眾多因素會影響異形柱框架節(jié)點的受力性能，導致分析過程較復雜，而要研究各相關(guān)參數(shù)對力學性能影響的貢獻，需要對變化的參數(shù)進行系統(tǒng)化的試驗。這種試驗耗時長、勞動和資金投入大。若采用有限元分析，則可用利用大量的參數(shù)進行對比分析，還可以在后繼分析中調(diào)整參數(shù)，對獲得異形柱的力學特征。論文選取某六層異形柱框架結(jié)構(gòu)的十字形截面為研究對象，對其進行非線性有限元分析，以獲得相關(guān)的力學性能。

1 有限元模型建立

1.1問題概述

選用某六層異形柱框架結(jié)構(gòu)為基本模型，如圖1、2。十字形柱Z3位于標準層中柱節(jié)點，截面尺寸如圖3。混凝土柱強度等級為C45，梁、柱保護層厚度為30mm。混凝土框架抗震等級為2級，場地土類別為III類，設(shè)防烈度為8度第二組（0.2g）。先采用PKPM計算底層梁柱節(jié)點內(nèi)力，并對各節(jié)點梁柱端進行內(nèi)力組合，見表1。十字形柱配筋情況如圖4。

1.2 材料參數(shù)及建模

有限元分析軟件采用ABAQUS， 混凝土單元和鋼筋單元分別采用C3D8R和T3D2。假設(shè)截面符合平截面假定，鋼筋混凝土采用分離式模型，鋼筋在混凝土單元中分布，考慮兩者之間的界面效應；裂縫類型采用分布式，同時用拉伸強化（Tension Stiffening）來考慮裂縫之間混凝土對受拉貢獻的影響?；炷帘緲?gòu)關(guān)系如圖5，破壞準則采用Willam-Warnke準則；考慮到一般結(jié)構(gòu)破壞時鋼筋的應變還沒進入塑性階段，鋼筋采用雙斜線模型，以保證非線性計算結(jié)果的收斂，同時對于沒有明顯流幅的鋼筋本構(gòu)關(guān)系也能清楚地描述，如圖6。加載方式為對節(jié)點單向比例加載，對應于理論分析中鋼筋與混凝土之間的后繼破壞行為，在ABAQUS中的實現(xiàn)方式是在混凝土模型中引入“拉伸強化”概念，從而可以描述混凝土與鋼筋的界面效應，模擬鋼筋在開裂區(qū)的荷載傳遞作用，混凝土和鋼筋模型見圖7和圖8。

2 有限元模擬結(jié)果分析

2.1 構(gòu)件變形。加載后十字形柱的變形主要發(fā)生在梁與柱相交的部位，主要是由于地震產(chǎn)生的強大水平推力使得節(jié)點兩端出現(xiàn)相反方向的剪力和彎矩，使得梁與柱相交處的變形出現(xiàn)重合分布。

2.2 構(gòu)件應力應變。經(jīng)有限元計算分析，節(jié)點中的混凝土主要是受壓，而鋼筋則全截面受拉，最大應力發(fā)生在梁柱交接處，此處也是受地震影響中的薄弱位置，應力集中現(xiàn)象顯著，應力改變呈階梯狀；最大主應變的位置與主應力最大處位置基本一致，但是先出現(xiàn)在梁端，究其原因是受加載方式的影響，在模型中對施加的內(nèi)力進行了簡化，并考慮了鋼墊節(jié)點，會導致很真實模型出現(xiàn)較小誤差，使得剛體附近的混凝土的應力應變在一定程度上受到剛體應變的影響。十字形節(jié)點的應力和應變在不同區(qū)域會出現(xiàn)符號相反的情況，而在節(jié)點處符號相同，引起應力疊加，由于節(jié)點梁兩端受到反方向內(nèi)力作用，如彎矩和剪力，影響節(jié)點抗剪承載力，有很大程度地降低。柱的受力鋼筋絕大部分呈現(xiàn)受壓狀態(tài)，鋼筋的第一主應力出現(xiàn)在梁端混凝土受拉區(qū)。

2.3構(gòu)件的后繼破壞行為。對鋼筋和混凝土之間的界面粘結(jié)滑移與鎖骨行為進行研究，給出十字形柱在拉伸強化分別為0.002、0.004、0.006、0.008和0.01時的鋼筋和混凝土的應力應變值。對各節(jié)點采用的加載方式是比例加載，到計算結(jié)果能收斂時停止。因十字型節(jié)點收斂值是最大荷載的0.4倍，所以下面列出0.4倍最大荷載加載的應力應變情況。

（注：在0.4倍最大荷載加載時，十字形節(jié)點梁端彎矩值、剪力值A(chǔ)截面M=-68.896KN.m，V=45.616KN；B截面M=62.156KN.m，V=-36.276KN， C截面M=47.536KN.m，V=-9.064KN，D截面M=-78.36KN.m，V=50.136KN。柱端攘ξM=127.424KN.m ，V=76.796KN，N=401.108KN）

從表2可以看出隨拉伸強化c值的增大，十字形節(jié)點鋼筋的最大主應力、最大主應變有所減小、而相對變化的應力、應變值卻在增加，總體呈上升趨勢。混凝土的第一主應力在增加，主壓應力減小，應變與應力呈相似趨勢。這說明，混凝土在裂縫區(qū)對受拉是有貢獻的，而拉伸強化系數(shù)c值很關(guān)鍵，c值大容易獲得數(shù)值計算結(jié)果，c值太小榮易導致混凝土局部開裂，從而使得整個模型的計算不穩(wěn)定，今后的模擬分析中，應選擇合理的c值以確保計算結(jié)果的收準確性。

2.4 模型節(jié)點核芯區(qū)的受力性能。算例中所取的研究節(jié)點為標準層節(jié)點，節(jié)點核芯區(qū)的受力性能會根據(jù)加載比例從0.1倍到0.4倍最大荷載地提高而發(fā)生相應的改變。經(jīng)計算分析得出剛開始，荷載加載比例很小時，混凝土應力處于線彈性階段，左下和右上對角出現(xiàn)拉應力，應力特征符合斜壓桿受力規(guī)律；隨著荷載比例增加，到0.3倍時，混凝土左下角的應力變化最明顯，應力的符號方向相反，由原來的拉應力變?yōu)閴簯?，右上角的受拉區(qū)也有降低趨勢；加載到最大值時，該拉應力區(qū)逐漸縮小，隨即將出現(xiàn)以下趨勢：所有混凝土完全處于受壓狀態(tài)，鋼筋主要承擔拉力，其中：水平拉力由水平箍筋承擔，垂直拉力由垂直鋼筋和柱軸向力承擔，斜裂縫之間的混凝土承擔斜壓力。以上的各分布力相互平衡，形成桁架受力特征，核芯區(qū)剪力將會逐漸變?yōu)橛设旒軝C構(gòu)來傳遞。

3 結(jié)論

1）對某異形柱框架結(jié)構(gòu)中的十字形柱建立了數(shù)值模型分析，獲得了研究節(jié)點的內(nèi)力組合值、應力應變分布規(guī)律和節(jié)點破壞機構(gòu)，同時進行了拉伸強化分析。從分析結(jié)果可以看出該類結(jié)構(gòu)用有限元進行分析是可取的，數(shù)值模擬準確性吻合較好，所用模型基本上符合實際情況。

2）通過改變混凝土的拉伸強化系數(shù)c值，對十字形柱的應力應變進行了比較分析，獲得了不同c值時應力應變變化量值增長的規(guī)律。節(jié)點的后繼破壞行為受c值的影響較大，在對實際工程進行分析時應對該值進行合理選擇。

3）算例中節(jié)點核芯區(qū)的破壞機理在不同的加載期會有所變化，加載初期彈性變形階段的剪力傳遞機構(gòu)是斜壓桿機構(gòu)，隨著荷載增加，轉(zhuǎn)變?yōu)殍旒軝C構(gòu)。

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第6篇：有限元分析論文范文

【關(guān)鍵詞】雙饋風力發(fā)電機;風速突變;有限元分析;磁隙畸變

隨著科學技術(shù)的進步，世界各國對電力需求的不斷增加，合理的開發(fā)利用我國豐富的風能資源一遍彌補電力供應的不足是有重大意義的舉措，而雙饋異步發(fā)電機是風力發(fā)電的主力機型，它是采用交流勵磁，定轉(zhuǎn)子均能同時向電網(wǎng)供電，其獨特的性能和結(jié)構(gòu)相比其他機型有很大優(yōu)勢。因此，研究雙饋異步發(fā)電機的故障診斷技術(shù)，以便在故障早起就發(fā)現(xiàn)故障并及時進行維修，具有重大的理論意義和社會經(jīng)濟效益。風力發(fā)電機的機械故障和電氣故障都會造成發(fā)電機內(nèi)部磁場的變化，比較有效的風電機組故障診斷技術(shù)包括：基于模型分析的故障診斷技術(shù)、智能故障診斷技術(shù)和基于信號分析的風電機組故障技術(shù)這三種。有限元法為分析數(shù)據(jù)提供了準確、快捷的數(shù)學分析方法，借助有限元分析軟件ANSYS建立了雙饋異步電機的仿真模型。通過分析發(fā)電機內(nèi)部磁場磁力線，磁通密度可以判斷磁場的畸變程度。

1.有限元法在電磁場分析中的應用

有限元是應用非常廣泛、適應性極強的一種數(shù)值計算方法，它基于變分原理，找出一個與所求定解問題相應的泛函，并使該泛函取得極值的函數(shù)為該定解問題的解，再從該泛函的極值問題出發(fā)，對其進行離散化，得到對應的代數(shù)方程組。電機的二維數(shù)值求解區(qū)域模型如圖1所示，為整個模型的四分之一，即為線段AB，CD和圓弧AD，BC組成的區(qū)域。

圖1 電機求解域模型

用矢量磁位表達時，求解域內(nèi)滿足邊值問題：

（1）

式中表示電流密度;表示材料的磁導率。

有限元法就依據(jù)上式，將求解區(qū)域分解為有限個小單元，在離散單元內(nèi)構(gòu)造矢量磁位的插值函數(shù)，然后利用插值法將式（1）的條件變分問題離散化為多元函數(shù)的極值問題，求解得到矢量磁位的數(shù)值解。

采用三角形剖分單元，見圖2。在單元e內(nèi)采用線性插值方法，可得到矢量磁位的線性插值函數(shù)，然后利用線性差插值函數(shù)對x和y分別求偏導數(shù)，因為整個求解區(qū)域的三角形單元的總數(shù)為E，那么能量泛函可以表示為求解區(qū)域內(nèi)所有單元泛函之和。然后求其對三節(jié)點A 的一階偏導，可得：

圖2 三角形剖分單元

（2）

式中：

對E個單元的（2）式進行總體合成，則有：

（3）

式中N表示節(jié)點總數(shù)。由泛函極值條件可知：

（4）

鐵心導磁材料的磁化曲線呈非線性，即式（1）中μ不是常數(shù)，為磁感應強度的非線性函數(shù)，且式（4）所示的代數(shù)方程組為一非線性方程組，系數(shù)則是未知量矢量磁位的非線性函數(shù)。

2.風度突變并網(wǎng)工況的模擬

本論文在仿真軟件DIgSILENT中建立1.5MW雙饋風力發(fā)電機模型如圖3所示，本機組的額定風速是13m/s，切入風速為6 m/s，切出風速為30 m/s，模擬風速由10m/s突變到20m/s的工況下雙饋風力發(fā)電機的定轉(zhuǎn)子電流，如圖4所示，定轉(zhuǎn)子電流如圖5和圖6所示。

圖3 雙饋風力發(fā)電機模

圖4 風速突變

圖5 定子電流

圖6 轉(zhuǎn)子電流

圖4表明風速在5s時發(fā)生突變，圖5和圖6可以看出由于風電機組漿距角的跟蹤調(diào)節(jié)，定轉(zhuǎn)子電流沒有立即突變，但是在較短時間內(nèi)定轉(zhuǎn)子電流都有較大幅度的增加，定子電流由723A突變到1098A，轉(zhuǎn)子電流由432A突變到622A，電流的增大會會造成電機內(nèi)部磁場的變化。

3.有限元分析與仿真

采用ANSYS對雙饋電機建立模型，并對其電磁場進行求解分析。雙饋風力發(fā)電機的相關(guān)參數(shù)如表1所示。圖7為建立的電機幾何模型圖，圖8為建模過程中的電機剖分圖。

表1 雙饋風力發(fā)電機參數(shù)

額定功率 額定轉(zhuǎn)速 極對數(shù) 額定頻率

1.5MW 1750rpm 2 50Hz

定子電壓 定子電流 轉(zhuǎn)子電壓 轉(zhuǎn)子電流

690V 1177A 296 420

圖7 風電機幾何模型圖 圖8 風電機網(wǎng)格剖分圖

額定風速和風速由10m/s突變到20m/s情況電機內(nèi)部的磁密云圖分別如圖9和圖10所示。

圖9 額定風速時的磁密云圖 圖10 風速突變情況下的磁密云圖

圖11 正常情況下氣隙磁通密度曲線

由圖9和圖10可以直觀看到電機內(nèi)部磁場的分布情況，正常情況下磁力線方向和密度徑向分布均勻，5s風速突變時電機內(nèi)部如A、B、C點磁場密度明顯增大，局部區(qū)域開始出現(xiàn)畸變。

圖11和圖12分別是正常和風速突變情況下的氣隙磁通密度曲線。

圖12 風速突變情況下氣隙磁通密度曲線

由圖11可得合成氣隙磁密的幅值為0.9T，脈振最小值為0.55T。氣隙中的磁密分布較為均勻，此瞬間合成磁場在空間的分布為正弦波。和正常運行時的圖11相比可知，風速突變時電機內(nèi)氣隙磁密不再成正弦分布。

根據(jù)以上分析，可以發(fā)現(xiàn)風速由10m/s突變到20m/s確實導致了雙饋風力發(fā)電機內(nèi)部氣隙磁場密度的畸變。

4.結(jié)論

本文介紹了有限元的分析理論，在電磁仿真軟件DIgSILENT中搭建了雙饋風力發(fā)電機模型并模擬了風速由10m/s突變到20m/s的工況，得到了風速突變時的風電機定轉(zhuǎn)子電流，利用有限元仿真軟件ANSYS 仿真得到風速突變情況下的電機內(nèi)部磁密云圖和氣隙磁密圖，得到了風速突變可能會導致雙饋風力發(fā)電機氣隙磁密畸變的結(jié)論。

參考文獻

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基金項目：本文系基于多源征兆和并網(wǎng)運行狀態(tài)的大型風電機組早期故障診斷研究研究項目（項目編號：51367015）。

作者簡介：

第7篇：有限元分析論文范文

關(guān)鍵詞：翼墻；鋼管混凝土；Abaqus有限元；加固

0引言

近年來，我國頻繁發(fā)生地震災害，比如2008年，汶川大地震；2010年，青海玉樹大地震；2013年，四川的蘆山縣大地震；2014年，新疆省于田大地震，我們對現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能提出了更高的要求。很多建筑物和構(gòu)筑物在我們的長期使用中會出現(xiàn)各種各樣的問題，如承載力不足、地基沉降、出現(xiàn)裂縫等[1]。為了能夠正常使用，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴重的損害，給人們帶來財產(chǎn)、精神和生命上的危害，應該對建筑物及時的進行可靠度鑒定，并采取相應的措施對建筑物進行加固維修。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加固的方法主要包括：外包鋼法、粘貼纖維復合材料加固法、粘鋼加固法、增大截面法、增設(shè)翼墻加固等[2]。本文將通過Abaqus非線性有限元模擬來探究鋼管混凝土翼墻的受力性能。

1構(gòu)件尺寸及模型建立

1.1構(gòu)件的尺寸

本文模擬中選取如下的模型作為研究對象：混凝土柱尺寸500×500mm，柱高1.8m，縱向鋼筋12B16，箍筋B8@ 200mm，底端加密箍筋B8@100mm（B為鋼筋直徑），兩側(cè)的翼墻為鋼管混凝土翼墻，用鋼套箍將鋼管混凝土翼墻的端部與鋼筋混凝土柱固結(jié)在一起，其它部位沒有連接，鋼套箍為高度300mm，厚度為5mm。其中的一個構(gòu)件的截面如圖1.1所示。

圖1.1 構(gòu)件的截面尺寸

有限元數(shù)值模擬分別以鋼管的厚度為參變量，對不同組的構(gòu)件分別進行低周反復荷載作用下的模擬。其中L表示鋼筋混凝土柱的長，B表示鋼筋混凝土柱的寬；l表示鋼管混凝土翼墻的長度，b表示鋼管混凝土翼墻的厚度；n表示軸壓比；t表示鋼管的厚度。構(gòu)件尺寸如表1.1。

表1.1 鋼管混凝土翼墻加固構(gòu)件模擬試件表

試件編號 L（mm） ×B（mm） l（mm） ×b（mm） n t（mm）

JGZ-1 500×500 300×200 0.5 3

JGZ-2 500×500 300×200 0.5 5

JGZ-3 500×500 300×200 0.5 7

1.2模型的建立

運用創(chuàng)建部命令件創(chuàng)建混凝土柱、混凝土翼墻、鋼管、縱筋和箍筋各部件，其中混凝土柱、 混凝翼墻和鋼管為實體單元，而縱筋和箍筋為桁架單元。如圖1.2所示。

圖1.2 模型建立

2不同試件的有限元分析

2.1試件的滯回曲線

在軸壓比0.5時，翼墻中鋼管的厚度為3mm、5mm、7mm的鋼管混凝土翼墻加固柱的構(gòu)件滯回曲線如圖2.1所示。

圖2.1 JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3滯回曲線

從圖2.1能夠看出，在這組模擬中任何一個滯回曲線形狀都表現(xiàn)為比較飽滿的梭形，這反映了鋼管混凝土翼墻加固鋼筋混凝土柱具有良好的耗能能力以及抗震性能[3]。

從這組的滯回曲線可以看出，鋼管厚度t=7mm的加固構(gòu)件的滯回曲線的峰值最大，t=3mm的加固構(gòu)件滯回曲線峰值最小，說明鋼管厚度越大鋼管混凝土翼墻加固柱的極限承載力越大。隨著加載的繼續(xù)進行，滯回曲環(huán)的峰值出現(xiàn)了下降，不同鋼管厚度下降的趨勢也不同，鋼管厚度為3mm的加固柱下降趨勢比鋼管厚度為7mm的加固柱下降趨勢大，說明隨著鋼管厚度的增大鋼管混凝土翼墻加固柱的延性增加[4]。

2.2試件的骨架曲線

在軸壓比為0.5時，翼墻中鋼管厚度為3mm、5mm、7mm的鋼管混凝土翼墻加固柱的構(gòu)件骨架曲線如下圖2.2所示。

圖2.2JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3骨架曲線

從圖2.2可以看出，鋼管混凝土翼墻中鋼管厚度為7mm時加固構(gòu)件的極限承載力值最大，鋼管厚度為5mm次之，鋼管厚度為3mm最小，說明了隨著鋼管厚度的增加鋼管混凝土翼墻加固柱的極限承載力增大。

在骨架曲線的前期彈性階段，鋼管厚度為7mm的鋼管混凝土翼墻加固的鋼筋混凝土柱的斜率最大，說明隨著鋼管厚度的增加構(gòu)件的彈性階段的剛度增大，加載后期骨架曲線均有一段保持水平，表現(xiàn)出鋼管混凝土翼墻加固柱具有良好的塑性性能；隨著荷載繼續(xù)加載，骨架曲線出現(xiàn)下降趨勢，說明鋼管混凝土加固鋼筋混凝土柱的延性降低；鋼管厚度為3mm的加固構(gòu)件下降趨勢大于鋼管厚度為7mm的加固構(gòu)件，說明了鋼管厚度越大加固構(gòu)件的延性越好[5]。

3結(jié)論

利用有限元軟件ABAQUS以鋼管厚度為參數(shù)建立的3個鋼管混凝土翼墻加固鋼筋混凝土柱模型，并進行了模擬分析，從提取的滯回曲線和骨架曲線上可以看出，鋼管混凝土翼墻加固柱均具有較好的耗能能力及抗震性能。鋼管厚度增加則構(gòu)件的極限承載力增大，剛度增大，耗能能力良好。由于篇幅有限有些參變量沒有考慮進來，在以后的研究中將重點關(guān)注。

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第8篇：有限元分析論文范文

關(guān)鍵詞：腳手架；ANSYS；半剛性連接；設(shè)計載荷；風載荷

中圖分類號：TU731.2文獻標識碼： A

Finite element analysis of the whole raising scaffold with semi-rigid collection on the effect of wind load

Abstract: In this paper a finite element model of the whole raising scaffold is build by using ANSYS software because of the complex structure which makes it difficult to use theoretical method to calculate accurately. Some part of the structure such as fastener is taken as semi-rigid connection. A finite element analysis is calculated by using the model. The design load case is determined, and the wind load is calculated. The strength analysis of the whole raising scaffold is finished. The results show that the strength and deflection of the scaffold meet the requirements which verifying the security of the attachment of the whole scaffold.

Keywords: raising scaffold; ANSYS; semi-rigid collection; design load; wind load

0 引言

整體式附著腳手架由于其組裝快捷，提升簡便，布置靈活等優(yōu)點得到了廣泛的應用。近年來出現(xiàn)了不少新型附著式腳手架，對此涉及到腳手架使用設(shè)計中很多安全問題，例如在風載荷作用下腳手架的強度問題、合理的結(jié)構(gòu)支撐模型、節(jié)點的半剛性及整體極限承載力分析等等。與此同時，國內(nèi)相應出現(xiàn)了較完善的相關(guān)技術(shù)標準[1]。也有不少學者研究結(jié)構(gòu)的布置，內(nèi)力計算等。陳世教[2]對整體提升腳手架進行了內(nèi)力計算，該計算方法具有通用性；岳峰[3]對高層建筑附著升降腳手架風載荷進行了理論計算，其計算方法在工程上具有可操作性；張衛(wèi)紅[4]對扣件式腳手架半剛性節(jié)點進行了計算，并通過實驗對比，其計算結(jié)構(gòu)偏于安全；另外，還有一些專家學者對其進行了研究，都值得參考借鑒[5-7]。然而，作者發(fā)現(xiàn)，很少有人對整體式腳手架在風載荷作用下其強度、撓度等進行驗證，因此，本文應用有限元方法，對整體式腳手架進行有限元分析，給出設(shè)計載荷計算表，在7級風作用下的有限元載荷處理方法，并對腳手架相應的連接處進行半剛性連接，計算其在風載荷作用下的強度及變形，驗證其安全性等。

1 設(shè)計載荷的計算

根據(jù)《建筑施工附著升降腳手架管理暫行規(guī)定》第十條的規(guī)定，設(shè)計要求應符合下表規(guī)定，并根據(jù)標準荷載計算值，則可求得荷載設(shè)計值。

表1 載荷設(shè)計值

2 有限元結(jié)構(gòu)模型

圖1為整體式附著腳手架連續(xù)兩跨有限元模型，底部桁架為8號方鋼，主框架2個為6.3號槽鋼焊接而成的工字鋼，橫桿、豎桿采用48×3號鋼管。圖2為扣件連接處作為半剛性連接。模型總體說明：主框架和桁架分別建立為獨立的一體，焊管與主框架、桁架之間采用的是剛性連接；橫幅桿和斜幅桿與桁架之間采用剛性連接；大橫桿與立桿，小橫桿與立桿，斜桿與立桿及撐墻桿與立桿之間扣件連接的地方均做半剛性連接處理；主框架與桁架下弦、立桿與桁架上弦之間的連接采用剛性連接的方式。大橫桿與立桿，小橫桿與立桿，斜桿與立桿及撐墻桿與立桿之間扣件連接的地方均做半剛性連接處理，扣件節(jié)點的旋轉(zhuǎn)剛度系數(shù)為[4]。

圖1 腳手架有限元模型

圖2 扣件連接處理

本文考慮腳手架在危險工況下進行有限元分析，即在施工工況風載荷作用下進行強度分析。表1給出風載荷作用下的標準值，將此值轉(zhuǎn)化成節(jié)點力，并加載到有限元模型中去，加載結(jié)果見圖3和4。

圖3 施工情況風載施加

圖4 非工況風載施加

3計算結(jié)果分析

建立有限元模型，并在連接有安全裝置處(防傾防墜裝置)進行約束，考慮兩種工況，即非工作情況和施工情況下腳手架的強度分析，表2給出了有限元計算結(jié)果。圖5～11為相應的有限元計算結(jié)果圖。由圖可知，整個有限元計算結(jié)果是變形協(xié)調(diào)的，相比理論計算，該方法更加貼近實際。強度性能校核見下一小節(jié)。

表2風載作用下有限元計算結(jié)果

非工作情況（4-5層） 施工情況（4-5層）

總應力(Mpa) 123.322 183.452

總位移(mm) 26.142 26.178

底部框架最大應力(Mpa) 105.821 183.452

底部框架最大位移(mm) 9.728 15.796

主框架最大應力(Mpa) 110.062 123.265

主框架最大位移(mm) 18.872 16.632

圖5非工況整體應力

圖6非工況整移

圖7非工況底部框架應力

圖8非工況底部框架位移

圖9施工整體應力

圖10施工整移

圖11施工底部框架應力

圖12施工底部框架位移

4安全性能校核

4.1 強度校核

《建筑施工附著升降腳手架管理暫行規(guī)定》第六條規(guī)定，附著升降腳手架的架體結(jié)構(gòu)和附著支承結(jié)構(gòu)應按“概率極限狀態(tài)法”進行設(shè)計計算， 承載力設(shè)計表達式為：

式中：－結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取0.9；

－荷載效應；

－結(jié)構(gòu)抗力。

由上面的規(guī)定可知，腳手架架體結(jié)構(gòu)設(shè)計方法為“概率極限狀態(tài)法”，由于前面的有限元計算結(jié)果都是考慮了各個計算系數(shù)下得到的，因此只要比較各部件應力計算值是否超過其材料的屈服應力即可判斷其是否符合設(shè)計要求。

1、主框架強度校核：

結(jié)構(gòu)施工時，主框架最大應力為123.265。

材料為Q235A時，123.265

2、底部框架強度校核：

結(jié)構(gòu)施工時，水平框架最大應力為183.452。

材料為Q235A時，183.452

4.2 撓度校核

根據(jù)《建筑施工附著升降腳手架管理暫行規(guī)定》第十五條的的規(guī)定，各桿件的容許撓度如表3所示。由于我們在分析計算時發(fā)現(xiàn)，大橫桿在風載荷作用下的變形很大，因此，本文對大橫桿進行撓度校核。

表3 腳手架各桿件容許繞度

構(gòu)件類別 容許撓度

縱向、橫向水平桿 L/150和10mm（L為受彎桿件跨度）

水平支承結(jié)構(gòu) L/250（L為受彎桿件跨度）

懸臂受彎桿件 L/400（L為受彎桿件跨度）

風載荷作用下，結(jié)構(gòu)施工時，大橫桿最大撓度為26.001-19.163=6.838，如圖13所示。

圖13 大橫桿撓度校核

大橫桿許用撓度為L/150=1500/150=10，可知，6.838

小結(jié)

針對整體式附著腳手架，利用有限元ANSYS建立兩跨連續(xù)結(jié)構(gòu)模型有限元模型，在扣件連接處設(shè)置半剛性連接，對這種結(jié)構(gòu)模型進行有限元分析。確定了設(shè)計載荷工況，在風載荷作用下對整體式腳手架進行了強度分析，并驗證了腳手架的安全性。

參考文獻

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第9篇：有限元分析論文范文

關(guān)鍵詞：型鋼混凝土，壓扭，影響因素

0 引言

混凝土中配置型鋼以后，構(gòu)件的承載能力、剛度明顯增加，結(jié)構(gòu)的延性也獲得很大的提高。在復合受扭作用下，同鋼筋混凝土構(gòu)件相比，型鋼的存在，對構(gòu)件的受力性能有較大的影響。本文應用有限元軟件ANSYS對型鋼混凝土壓扭構(gòu)件進行了有限元模擬，分析了壓扭構(gòu)件的受力性能及其影響因素。

1 研究對象

本文以11根型鋼混凝土壓扭構(gòu)件為研究對象，分析軸壓比、型鋼尺寸、截面尺寸等因素對型鋼混凝土壓扭構(gòu)件的承載能力和變形能力的影響。構(gòu)件均采用C40混凝土，配置相同的縱筋416，箍筋φ10＠100。

第一組（SRC T1-T7）：截面尺寸240mm×260mm，型鋼尺寸為100×100×6×8。軸壓比分別采用0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5， 0.6。

第二組（SRC T8-T9）：軸壓比取0.2，截面尺寸240mm×260mm。型鋼尺寸分別取為150×100×6×9，200×100×5.5×8。

第三組（SRC T10-T11）：軸壓比取0.2，型鋼尺寸為100×100×6×8。截面尺寸分別為200mm×240mm，260mm×300mm。

2 建立有限元模型

2.1建模的基本思路

對于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)來說，雖然型鋼和混凝土之間的粘結(jié)作用較小[1]，但是文獻[2]在進行試驗時，試件的破壞形態(tài)為混凝土的壓潰破壞，并沒有發(fā)現(xiàn)由于混凝土與型鋼之間的粘結(jié)滑移造成破壞。因此，本文在進行非線性有限元分析的時候，沒有考慮型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移。

2.2邊界條件及加載方式

考慮型鋼混凝土壓扭構(gòu)件的受力性能，構(gòu)件采用一端固定，一端自由的方式。將一端所有節(jié)點的X、Y、Z三個方向的自由度全部約束[3]。加載時，首先在試件端部施加規(guī)定軸向壓力，等軸力達到設(shè)計加載值時，然后再在試件端部逐級施加扭矩進行有限元分析，直至試件破壞。

（a） 型鋼有限元模型 （b）縱筋、箍筋有限元模型 （c） 整體有限元模型

圖1有限元模型

3 計算結(jié)果及分析

為得到不同因素對構(gòu)件受扭行為的影響，現(xiàn)分別對三組型鋼混凝土復合受力構(gòu)件進行分析比較，研究軸壓比、型鋼尺寸、構(gòu)件截面尺寸等因素對型鋼混凝土復合受力構(gòu)件受壓扭作用下的承載能力和變形能力的影響。

3.1 軸壓比的影響

本文第一組試件，在保證混凝土強度等級、箍筋間距、縱向配筋率、試件截面尺寸、型鋼尺寸等因素不變的情況下，通過改變軸壓比來分析型鋼混凝土復合受力構(gòu)件在壓扭狀態(tài)下的性能。

圖3軸壓比對構(gòu)件開裂扭矩的影響曲線圖4軸壓比對構(gòu)件極限扭矩的影響曲線

從圖3中不同軸壓比下構(gòu)件的開裂扭矩――軸壓比曲線可以得出，在試驗的軸壓比范圍內(nèi)（軸壓比不超過0.6），隨著軸壓比的加大，構(gòu)件的開裂扭矩也跟隨著提高，基本呈現(xiàn)線型增長，增長幅度較大，當軸壓比從0增加至0.6時，開裂荷載從8.029kN提高到了21.2kN，提高了164%。這是由于軸壓力的存在，使扭矩產(chǎn)生的混凝土主拉應力減小，從而提高了試件的開裂扭矩。

同理如圖4所示，不同軸壓比下構(gòu)件的極限扭矩――軸壓比曲線可以得出，在試驗的軸壓比范圍內(nèi)，隨著軸壓比的加大，試件的極限扭矩也跟隨提高。這是由于軸壓力的存在，改善了混凝土的相互咬合作用和縱筋暗銷作用，使扭矩產(chǎn)生的混凝土主拉應力，型鋼、縱筋、箍筋產(chǎn)生的拉應力減小，從而提高了試件的極限扭矩。

（a）SRC T3試件總變形圖（b） SRC T4試件總變形圖 （c） SRC T5試件總變形圖

圖5 試件總變形圖

通過圖5可知，隨著軸壓比的加大，型鋼混凝土構(gòu)件達到極限扭矩時的變形變小。這說明，軸壓比的增大，在增加構(gòu)件承載力的同時，也降低了構(gòu)件的延性，不利于抗震。因此，在分析試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，本文建議型鋼混凝土柱的軸壓比最好控制在0.6以內(nèi)。

3.2 型鋼尺寸的影響

本文第二組試件，在保證軸壓比、混凝土強度等級、截面尺寸、箍筋間距、縱向鋼筋配筋率等因素不變的情況下，通過變化試件內(nèi)部型鋼尺寸的方法分析了型鋼混凝土復合受力試件在壓扭狀態(tài)下的性能。

圖6型鋼尺寸對試件開裂扭矩的影響曲線 圖7型鋼尺寸對試件極限扭矩的影響曲線

注：圖中橫坐標數(shù)值1表示型鋼尺寸為100×100×6×8；2表示型鋼尺寸為150×100×6×9；3表示型鋼尺寸為200×100×5.5×8。

從圖6和圖7可以得出：隨著試件含鋼量的提高，試件的開裂扭矩和極限扭矩都成增長趨勢，與理論分析結(jié)果吻合較好。但是從圖中可以發(fā)現(xiàn)，開裂扭矩與極限扭矩的增長率不同，極限扭矩的增長率后期變小，造成這種現(xiàn)象是由于軟件計算時不考慮混凝土的壓碎，當裂縫過寬或構(gòu)件局部變形過大時就認為試件破壞，所以當試件含鋼量較大時，試件可能還沒有達到極限能力承載狀態(tài)，軟件就停止工作，計算值比實際的受力值要偏小。在實際工程中，型鋼截面尺寸過大容易造成混凝土保護層過小，影響型鋼與混凝土之間的粘結(jié)作用，使型鋼與混凝土難以共同工作，易產(chǎn)生粘結(jié)失效破壞，因此，構(gòu)件的含鋼量不能太大。根據(jù)文獻[4]、國內(nèi)外的情況及本文的分析試驗，建議型鋼混凝土柱的含鋼量不低于3%。

3.3 構(gòu)件截面尺寸的影響

本文第三組試件，在保證軸壓比、混凝土強度等級、型鋼尺寸、箍筋間距、縱向鋼筋配筋率等因素不變的情況下，通過變化試件截面尺寸的方法分析了型鋼混凝土復合受力構(gòu)件在壓扭狀態(tài)下的性能。

圖8截面尺寸對試件開裂扭矩的影響曲線圖9截面尺寸對試件極限扭矩的影響曲線

從圖8和圖9可以得出：隨著試件橫截面尺寸的變大，試件的開裂扭矩和極限扭矩都成線型增長趨勢，并且試件的開裂扭矩和極限扭矩提高幅度都很大，當截面尺寸從200mm×240mm變化到260mm×300mm時，試件的開裂扭矩值提高了77.1%，極限扭矩提高了40.1%。由此可知，試件截面尺寸的大小，對型鋼混凝土復合受力構(gòu)件在壓扭作用下的受力性能影響顯著。

4 結(jié)語

通過上述分析，得出以下結(jié)論：

（1）用ANSYS軟件對型鋼混凝土壓扭構(gòu)件進行非線性有限元分析是可行的，并且其計算結(jié)果總體上能夠正確的反應構(gòu)件受扭的性能。

（2）軸壓比、型鋼尺寸以及構(gòu)件截面尺寸等因素對試件的性能都有較大影響。其中，為保證型鋼混凝土構(gòu)件具有足夠的延性，本文建議型鋼混凝土柱的軸壓比最好控制在0.6以內(nèi)；為保證型鋼與混凝土之間的粘結(jié)作用，避免構(gòu)件含鋼量太大，結(jié)合文獻[4]、國內(nèi)外的情況及本文的分析試驗，建議型鋼混凝土柱的含鋼量不低于3%。

參考文獻：

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