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JG-STRAT實現纖維模型幾何大變形分析(雙非線性)

日期:2019/1/3

JG-STRAT實現材料非線性、幾何非線性完全耦合(俗稱雙非線性),即在纖維模型基礎上,實現幾何非線性大變形分析。在日前召開的“《建筑結構學報》創刊四十周年紀念暨第五屆建筑結構基礎理論與創新實踐論壇”會議上,佳構公司謝靖中博士學術報告重點介紹這一重要進展。

眾所周知,積分算子法非常有效地解決了桿系單元的材料非線性問題,算例表明顯著優于剛度法,且由于傳統柔度法。JG軟件大震彈塑性分析功能,即以積分算子法為基礎,懸壁柱算例表明,JG軟件用一個單元即可得到完全具備混凝土構件四個滯回特征(S曲線、剛度退化、捏縮效應、負剛度)的完整滯回曲線,在目前國內外同類商業軟件中是絕無僅有的,通過實踐檢驗了算法的理論價值。

材料、幾何耦合一直是個難題。傳統針對位移插值的剛度法,其幾何非線性解答是完備的,但其材料非線性問題僅通過有限積分點材料非線性體現,實踐證明精度有限。而針對內力插值的柔度法,由于其內力平衡的基本條件,很難導出考慮壓彎耦合的幾何非線性解答。目前工程應用中多采用分離式,即桿身考慮幾何非線性,桿端設塑性鉸(或塑性區)考慮材料非線性。

謝靖中博士在經典幾何非線性方法基礎上,引入積分算子的概念,將積分算子法由材料非線性問題擴展到幾何非線性問題(2008年)。該方法實現了基于柔度法的幾何非線性算法,實現材料非線性、幾何非線性沿桿件的完全耦合,嘗試一種全新的途徑解決一直以來的難題。在《建筑結構學報》學術會議上,該方法得到高度評價。

JG V2017版本實現了該方法。在原有幾何非線性功能基礎上,對單元采用纖維細分、考慮材料非線性。JG雙非線性采用弧長法加載,能有效計算屈曲后變形、跟蹤下降段、反映失穩后再加載階段。

新頒布的《鋼結構設計標準》將鋼結構直接設計法應用于實際工程,工程軟件的幾何非線性分析能力就非常重要了。但是,對于工程常見的絕大多數鋼結構(鋼框架、桁架、網架、網殼等),主要構件的截面材料屈服可能早于結構的整體幾何失穩,材料非線性問題比幾何非線性問題更突出。與此同時,主要構件的截面材料屈服,必然導致結構變形增加、誘導結構更快整體幾何失穩;整體失穩產生的結構位形改變、過大變形,也必然導致內力分布突變、部分構件進入材料屈服。材料、幾何非線性相互偶聯、相互影響。僅僅考慮幾何非線性將復雜工程問題過于理想化、簡單化。

JG軟件完全意義上材料、幾何偶聯的算法和功能,將使鋼結構的直接設計方法更符合工程實際情況。


學報-B01.png
JG幾何穩定分析模擬薄殼屈服后下降段 (無材料非線性)

學報-B02.png
JG幾何穩定分析,大跨度鋼網架失穩 (無材料非線性)


image.png

JG幾何穩定分析,在考慮材料非線性后,材料屈服顯著影響變形形態——但仍能完好模擬屈曲下降段



JG鋼框架幾何穩定分析(考慮材料非線性),在幾何失穩之前,材料先屈服



JG大跨度鋼桁架幾何穩定分析(考慮材料非線性),在幾何失穩之前,材料先屈服










 



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