编辑推荐
随着我国经济快速发展,建筑业得到了空前的鼎盛,尤其是近年来奥运会、世博会、亚运会等大型会议在中国的召开,为大型场馆的建设提供了良好机遇。同时在建设和使用过程中遇到了大量的工程技术问题,这些技术问题的解决一方面依赖于材料技术和施工技术水平的提高,另一方面依赖于对所遇到问题的深层次认识。ABAQUS有限元程序就是提高对这些技术问题深层次认识的强有力工具。
本书主要讲述ABAQUS有限元软件在建筑行业中的基本应用,主要包括ABAQUS的基本操作要领和型钢梁、型钢柱、钢框架、混凝土简支梁等基本构件和节点温度场的分析过程。
内容简介
《ABAQUS结构工程分析及实例详解》运用ABAQUS有限元软件对建筑工程的常见实例进行详细剖析。介绍了ABAQUS在混凝土梁、混凝土柱、钢梁、钢柱和节点等构件及相应结构的分析方法,以及复杂的建模、分析计算过程和后处理的技巧。
《ABAQUS结构工程分析及实例详解》的内容从建筑工程的实际出发,侧重于ABAQUS的实际操作和工程问题的解决,教会初学者如何根据问题的特点来选择ABAQUS的相应功能,寻求解决问题的最佳答案。同时书中给出了一些小提示对初学者容易犯的错误进行解释,并给出了解决问题的方法。
《ABAQUS结构工程分析及实例详解》主要面向土木建筑领域ABAQUS软件的初学者和中级用户,包括土木工程专业的高年级本科生、研究生以及从事结构设计的工程师。
内页插图
目录
第1章 ABAQUS简介
1.1 ABAQUS总体介绍
1.2 ABAQUS的发展历史
1.3 ABAQUS的组成及功能简介
1.3.1 ABAQUS/Standard模块
1.3.2 ABAQUS/Explicit模块
1.3.3 ABAQUS/CAE模块
1.3.4 其他模块
1.4 ABAQUS帮助文件
1.4.1 ABAQUS帮助文件的内容
1.4.2 如何使用ABAQUS帮助文件
1.5 ABAQUS在中国应用现状
1.6 ABAQUS6.8版新增或改进的功能
本章小结
第2章 ABAQUS的基本使用方法
2.1 ABAQUS基本分析过程
2.2 ABAQUS/CAE主窗口介绍
2.3 基本实例操作
2.3.1 问题描述
2.3.2 启动ABAQUS/CAE
2.3.3 创建三维模型
2.3.4 创建材料和截面属性
2.3.5 定义装配件
2.3.6 设置分析步
2.3.7 定义荷载和边界条件
2.3.8 划分网格
2.3.9 提交分析作业
2.3.10 后处理
2.3.11 退出ABAQUS/CAE
2.4 ABAQUS/CAE模块(Modules)功能简介
2.4.1 Part(部件)模块
2.4.2 Property(特性)模块
2.4.3 Assembly(装配)模块
2.4.4 Step(分析步)模块
2.4.5 Interaction(相互作用)模块
2.4.6 Load(荷载)模块
2.4.7 Mesh(网格)模块
2.4.8 Job(分析作业)模块
2.4.9 Visualization(可视化)模块
2.4.10 Sketch(绘图)模块
2.5 ABAQUS中常用命令介绍
2.6 ABAQUS中常用命令和常用文件
2.6.1 cae文件(模型数据库文件)和jnl文件(日志文件)
2.6.2 Inp文件
2.6.3 odb文件
2.6.4 dat和msg文件
2.6.5 sta文件
2.6.6 f文件
2.7 单元及划分网格基本方法
2.7.1 ABAQ[JS单元特性
2.7.2 实体单元
2.7.3 壳单元
2.7.4 梁单元
2.7.5 桁架单元
2.7.6 刚性体
2.7.7 网格划分技术
2.7.8 划分网格算法
本章小结
第3章 ABAQUS在钢结构中的应用
3.1 利用壳单元对型钢梁分析
3.1.1 创建部件
3.1.2 创建材料和截面属性
3.1.3 定义装配件
3.1.4 设置分析步
3.1.5 定义荷载和边界条件
3.1.6 划分网格
3.1.7 提交分析作业
3.1.8 后处理
3.1.9 数值比较
3.2 多层多跨框架分析
3.2.1 问题描述
3.2.2 启动ABAQUS/CAE
3.2.3 创建部件
3.2.4 创建材料和截面属性
3.2.5 定义装配件
3.2.6 设置分析步
3.2.7 定义荷载和边界条件
3.2.8 划分网格
3.2.9 提交分析作业
3.2.10 后处理
3.2.11 不同加载点框架分析
3.3 钢柱特征值屈曲分析
3.3.1 问题描述
3.3.2 启动ABAQUS/CAE
3.3.3 创建部件
3.3.4 创建材料和截面属性
3.3.5 定义装配件
3。3.6 设置分析步
3.3.7 定义荷载和边界条件
3.3.8 划分网格
3.3.9 提交分析作业
3.3.10 后处理
3.4 钢框架节点分析
3.4.1 问题描述
3.4.2 启动ABAQUS/CAE
3.4.3 创建部件
3.4.4 创建材料和截面属性
3.4.5 定义装配件
3.4.6 设置分析步
3.4.7 划分网格
3.4.8 定义约束
3.4.9 定义荷载和边界条件
3.4.10 提交分析作业
3.4.11 后处理
3.5 桥面板特征值屈曲分析
3.5.1 问题描述
3.5.2 启动ABAQUS/CAE
3.5.3 创建部件
3.5.4 创建材料和截面属性
3.5.5 定义装配件
3.5.6 设置分析步
3.5.7 定义荷载和边界条件
3.5.8 划分网格
3.5.9 提交分析作业
3.5.10 后处理
本章小结
第4章 ABAQUS在混凝土结构中的应用
4.1 混凝土简支梁分析
4.1.1 问题描述
4.1.2 启动ABAQUS/CAE
4.1.3 创建部件
4.1.4 创建材料和截面属性
4.1.5 定义装配件
4.1.6 设置分析步
4.1.7 定义约束
4.1.8 定义荷载和边界条件
4.1.9 划分网格
4.1.10 提交分析作业
4.1.11 后处理
4.1.12 超筋梁分析
4.1.13 少筋梁分析
4.1.14 三种破坏形式结果比较
4.2 混凝土单向板受力分析
4.2.1 问题描述
4.2.2 启动ABAQUS/CAE
4.2.3 创建部件
4.2.4 创建材料和截面属性
4.2.5 定义装配件
4.2.6 设置分析步
4.2.7 定义约束
4.2.8 定义荷载和边界条件
4.2.9 划分网格
4.2.10 提交分析作业
4.2.11 后处理
4.3 混凝土柱受力分析
4.3.1 问题描述
4.3.2 启动ABAQUS/CAE
4.3.3 创建部件
4.3.4 创建材料和截面属性
4.3.5 定义装配件
4.3.6 设置分析步
4.3.7 定义约束
4.3.8 定义荷载和边界条件
4.3.9 划分网格
4.3.10 提交分析作业
4.3.11 后处理
4.4 火灾作用下的混凝土梁温度场分析
4.4.1 问题描述
4.4.2 启动ABAQUS/CAE
4.4.3 创建部件
4.4.4 创建材料和截面属性
4.4.5 定义装配件
4.4.6 设置分析步
4.4.7 定义约束
4.4.8 定义荷载和边界条件
4.4.9 划分网格
4.4.10 提交分析作业
4.4.11 后处理
4.4.12 四面受火梁的分析
4.5 钢筋混凝土剪力墙受力分析
4.5.1 问题描述
4.5.2 启动ABAQUS/CAE
4.5.3 创建部件
4.5.4 创建材料和截面属性
4.5.5 定义装配件
4.5.6 设置分析步
4.5.7 定义约束
4.5.8 定义荷载和边界条件
4.5.9 划分网格
4.5.10 提交分析作业
4.5.11 后处理
本章小结
第5章 ABAQUS常见问题解决方法及常见操作集锦
5.1 常见错误信息和解决办法
5.1.1 材料定义错误
5.1.2 命名格式错误
5.1.3 刚体接触面位置错误
5.1.4 单元面积异常
5.1.5 刚体定义错误
5.1.6 未定义集合名称
5.1.7 单元严重扭转
5.1.8 内存设置太小
5.1.9 系统异常
5.1.10 输出参数过多
5.1.11 不收敛
5.2 常见警告信息
5.2.1 数值奇异
5.2.2 负特征值
5.2.3 零主元
5.2.4 变形速度过快
5.2.5 塑性变形过大
5.2.6 公共节点
5.2.7 单元质量
5.3 常用的CAE界面操作
5.3.1 前处理阶段
5.3.2 后处理阶段
本章小结
参考文献
精彩书摘
ABAQIJS模型通常由若干不同的部分组成,它们共同描述了所分析的物理模型和要抉取的结果。一个完整的模型至少包括以下内容:几何形状、单元特性、材料数据、荷载和边界条件、分析类型和输出要求。
1.几何形状(主要在Part模块中建立)
有限单元和节点定义了ABAQIJS要模拟的物理结构的基本几何形状。ABAQUS分昕所得的数值解是所模拟的物理问题的近似解答,近似的程度取决于模型的几何形状、材料特性、边界条件和载荷对物理问题的仿真程度。
2.单元特性(主要在Mesh模块中选择)
ABAQUS拥有广泛的单元选择范围,其中许多单元的几何形状不能完全由它们的节点坐标来定义。例如,复合材料壳的叠层或工字形截面梁的尺度划分就不能通过单元节点来定义。这些附加的几何数据由单元的物理特性定义,且对于定义模型整体的几何形状是非常必要的。
3.材料数据(主要在Property模块中创建)
对于所有单元必须确定其材料特性,材料特性包含的内容繁多,因此高质量的数据获取是比较困难的。ABAQUS计算结果的有效性与材料数据定义的准确性是息息相关的,材料特性定义得越详细、越接近实际,数值仿真结果也越精确。
前言/序言
ABAQUS是世界上最先进的大型通用有限元分析软件之一,它具有丰富的材料本构模型和平易近人的开发平台。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、国防军工、水利水电、土木工程、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等行业和科学领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉,可以对工程中复杂的线性和非线性问题进行分析计算。自从ABAQUS进入中国以来,越来越多的企业、高校和科研院所开始使用.ABAQUS进行产品的研发和研究。
随着我国经济快速发展,建筑业得到了空前的鼎盛,尤其是近年来奥运会、世博会、亚运会等大型会议在中国的召开,为大型场馆的建设提供了良好机遇。同时在建设和使用过程中遇到了大量的工程技术问题,这些技术问题的解决一方面依赖于材料技术和施工技术水平的提高,另一方面依赖于对所遇到问题的深层次认识。ABAQUS有限元程序就是提高对这些技术问题深层次认识的强有力工具。
本书主要讲述ABA_QUS有限元软件在建筑行业中的基本应用,主要包括ABAQUS的基本操作要领和型钢梁、型钢柱、钢框架、混凝土简支梁等基本构件和节点温度场的分析过程。
本书主要是由王玉镯、傅传国编著。参加本书编著的人员还有王慧敏、赵全斌、于德帅、刘晓鹏、刘池等,其中于德帅还参加了部分文字工作,本书在编著过程中得到了清华大学博士后王广勇的指点与帮助,在此表示深深的谢意。在本书的编著过程中,参考了SIMWE仿真科学论坛和中国钢结构论坛.ABAQUS板块中的大量资料,在此表示感谢。并真诚祝愿SIMWE仿真科学论坛和中国钢结构论坛越办越好,并为更多人解疑答惑。编写此书参考了很多文献和ABAQUS帮助文件,特向各位作者致谢。
《建筑力学与工程应用》 一、本书概览 《建筑力学与工程应用》是一部系统阐述建筑结构力学原理及其在实际工程中应用的大型专著。本书旨在为广大土木工程、结构工程、建筑学等相关领域的学生、研究人员和工程师提供一个全面、深入的学习平台。从经典力学基础到现代工程结构的分析方法,再到具体的工程实例,本书力求在理论深度、应用广度和实践指导性上达到新的高度。本书内容涵盖了结构分析的核心概念、常用的分析工具、典型结构形式的力学特性、以及现代工程技术在结构设计中的最新发展。 二、理论基础与核心概念 本书开篇便系统回顾并梳理了结构力学所依赖的宏观力学基础,包括弹性力学、塑性力学等关键理论,为后续章节的深入探讨奠定坚实的理论基石。 材料力学:详尽介绍了各种工程材料(如混凝土、钢材、木材、砌体等)的力学性能,包括应力-应变关系、屈服准则、强度理论、疲劳、断裂等,并阐述了它们在结构设计中的重要性。本书重点关注材料在宏观尺度下的力学行为,以及如何通过实验数据和经验公式来描述和预测材料的响应。 结构力学:深入讲解了结构在荷载作用下的变形、内力和应力分布。本书系统阐述了静力平衡、动力学方程、虚功原理、能量原理等基本分析方法。对于超静定结构的分析,本书详细介绍了位移法、荷载法、有限单元法等经典及现代解法,并对各种方法的适用范围、优缺点进行了比较分析。 稳定性理论:对结构的稳定性问题进行了深入探讨,包括轴心受压构件的失稳(欧拉公式及其推广)、侧向屈曲、局部屈曲等。本书不仅介绍了经典的稳定性理论,还结合现代工程实践,分析了考虑杆件几何缺陷、初始缺陷、非线性材料效应等因素的更复杂情况下的稳定性分析方法。 振动力学:系统介绍了结构动力学的基础知识,包括单自由度及多自由度系统的振动特性(固有频率、振型)、阻尼及其影响、激励的响应分析(简谐激励、任意激励、瞬态激励)、以及地震作用下的动力响应分析。本书将理论分析与工程实例相结合,帮助读者理解结构的动力特性在抗震设计、风振分析等方面的应用。 三、分析方法与计算工具 本书高度重视分析方法和计算工具的介绍,旨在提升读者解决实际工程问题的能力。 经典分析方法:虽然现代计算机技术日益普及,但本书仍强调对经典解析方法的掌握,如叠加原理、挠度方程、弯矩分配法、荷载法等。这些方法不仅有助于理解结构行为的内在机理,也是进行初步估算和概念设计的关键。 数值分析方法:本书对有限元法(FEM)进行了详尽的阐述,不仅介绍了有限元法的基本原理、单元类型(杆单元、梁单元、板壳单元、实体单元等)、插值函数、刚度矩阵的组装与求解,还讲解了如何建立精细化的有限元模型,包括网格划分、边界条件施加、荷载定义等。本书特别关注有限元分析在复杂结构、非线性问题(如材料非线性、几何非线性、接触等)中的应用。 计算软件介绍:在介绍有限元法等数值分析方法的同时,本书也对当前土木工程领域常用的结构分析软件进行了原理性的介绍和应用模式的探讨。本书注重引导读者理解软件背后的力学原理,而非简单罗列操作步骤。例如,在介绍某一类分析软件时,会先阐述其所基于的力学模型和数值算法,然后通过实例展示如何利用软件来解决具体的工程问题,并对结果进行合理的解释和评估。 四、典型结构形式的力学特性与设计 本书将理论知识与工程实践紧密结合,深入分析了各类典型工程结构的力学特性及其设计要点。 框架结构:详细分析了钢筋混凝土框架、钢框架等结构的受力特点,包括梁、柱、节点在轴力、剪力和弯矩作用下的响应。本书将介绍不同支撑方式、连接方式对框架整体稳定性和抗侧刚度的影响。 剪力墙结构:深入探讨了剪力墙的受力机理,包括其作为抗侧力构件的效率、剪力墙的连接方式(如高层建筑中的叠合剪力墙、底部加强剪力墙等)、以及墙肢的配筋设计要点。 砌体结构:介绍了砖砌体、石砌体的力学性能,以及砖混结构、砌体结构的抗震设计原则。本书将重点分析砌体结构在水平荷载下的薄弱环节和破坏模式。 空间结构:本书对网架、网壳、索膜结构等空间结构的力学分析方法进行了专题介绍。从几何形状的确定,到节点连接的力学行为,再到整体结构的稳定性与动力响应,都进行了深入的探讨。 桥梁结构:选取了梁桥、斜拉桥、悬索桥等典型桥梁形式,分析了其在恒荷载、活荷载、风荷载、地震荷载等作用下的力学行为,并介绍了相应的分析方法和设计理念。 地下结构:对地下连续墙、地下室、隧道等地下结构的受力特点进行了分析,重点关注土压力、水压力、支护结构的作用等。 五、工程实例分析与案例研究 理论学习最终要服务于工程实践。本书精选了大量国内外经典的工程案例,从设计理念、力学分析、数值模拟到最终的施工应用,进行了详细的剖析。 高层建筑结构:选取代表性高层建筑,分析其抗震、抗风设计策略,结构体系的选择,以及关键部位(如核心筒、连体结构、伸臂桁架等)的力学行为。 大型公共建筑:以体育场馆、展览中心、剧院等为案例,分析其大跨度、复杂造型结构的力学难题,以及如何通过结构优化和创新设计来解决。 桥梁工程:对一些标志性的桥梁工程进行深入解读,包括其设计难点、关键技术、以及在复杂地质条件或极端环境下的应对方案。 工业厂房与储罐:针对工业厂房的设备基础、重型吊车梁、以及大型储罐的受力分析,讨论了在特定工业荷载作用下的结构设计。 既有结构评估与加固:本书也包含对既有建筑进行结构评估、病害诊断、以及抗震加固的案例研究,从中学习如何评估结构安全性和采取有效的加固措施。 六、前沿技术与未来发展 为紧跟结构工程领域的发展步伐,本书还对一些前沿技术和发展趋势进行了展望。 高性能材料在结构中的应用:介绍了纤维增强聚合物(FRP)、高性能混凝土(HPC)等新型材料在结构工程中的应用潜力,以及它们对结构设计带来的革新。 智能化与绿色结构:探讨了如何将传感器技术、物联网、大数据等融入结构监测与运维,以及如何设计更具可持续性和环境友好性的结构。 先进的数值模拟技术:除了传统的有限元分析,本书还对损伤力学、断裂力学、随机力学等在结构分析中的应用进行了初步介绍。 人机协同设计:展望了未来结构设计中,人工智能与人类工程师协同工作,共同解决复杂工程问题的可能性。 七、学习建议 本书内容丰富,体系庞大。为了更好地掌握本书内容,建议读者: 1. 扎实基础:在阅读本书之前,建议回顾并巩固好高等数学、线性代数、普通物理等基础科学知识。 2. 循序渐进:按照章节顺序,由浅入深地学习,不要急于求成。 3. 动手实践:结合本书提供的实例,尝试进行简单的计算和模型分析,加深理解。 4. 多方求证:在遇到疑难问题时,不仅要深入思考,还可以参考其他相关文献或请教专业人士。 5. 关注工程实际:始终将理论知识与实际工程应用联系起来,培养解决工程问题的能力。 《建筑力学与工程应用》力求成为一本集理论深度、实践指导和前沿视野于一体的权威性著作,为结构工程领域的学术研究和工程实践贡献力量。