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JG-STRAT实现纤维模型几何大变形分析(双非线性)

日期:2019/1/3

JG-STRAT实现材料非线性、几何非线性完全耦合(俗称双非线性),即在纤维模型基础上,实现几何非线性大变形分析。在日前召开的“《建筑结构学报》创刊四十周年纪念暨第五届建筑结构基础理论与创新实践论坛”会议上,佳构公司谢靖中博士学术报告重点介绍这一重要进展。

众所周知,积分算子法非常有效地解决了杆系单元的材料非线性问题,算例表明显著优于刚度法,且由于传统柔度法。JG软件大震弹塑性分析功能,即以积分算子法为基础,悬壁柱算例表明,JG软件用一个单元即可得到完全具备混凝土构件四个滞回特征(S曲线、刚度退化、捏缩效应、负刚度)的完整滞回曲线,在目前国内外同类商业软件中是绝无仅有的,通过实践检验了算法的理论价值。

材料、几何耦合一直是个难题。传统针对位移插值的刚度法,其几何非线性解答是完备的,但其材料非线性问题仅通过有限积分点材料非线性体现,实践证明精度有限。而针对内力插值的柔度法,由于其内力平衡的基本条件,很难导出考虑压弯耦合的几何非线性解答。目前工程应用中多采用分离式,即杆身考虑几何非线性,杆端设塑性铰(或塑性区)考虑材料非线性。

谢靖中博士在经典几何非线性方法基础上,引入积分算子的概念,将积分算子法由材料非线性问题扩展到几何非线性问题(2008年)。该方法实现了基于柔度法的几何非线性算法,实现材料非线性、几何非线性沿杆件的完全耦合,尝试一种全新的途径解决一直以来的难题。在《建筑结构学报》学术会议上,该方法得到高度评价。

JG V2017版本实现了该方法。在原有几何非线性功能基础上,对单元采用纤维细分、考虑材料非线性。JG双非线性采用弧长法加载,能有效计算屈曲后变形、跟踪下降段、反映失稳后再加载阶段。

新颁布的《钢结构设计标准》将钢结构直接设计法应用于实际工程,工程软件的几何非线性分析能力就非常重要了。但是,对于工程常见的绝大多数钢结构(钢框架、桁架、网架、网壳等),主要构件的截面材料屈服可能早于结构的整体几何失稳,材料非线性问题比几何非线性问题更突出。与此同时,主要构件的截面材料屈服,必然导致结构变形增加、诱导结构更快整体几何失稳;整体失稳产生的结构位形改变、过大变形,也必然导致内力分布突变、部分构件进入材料屈服。材料、几何非线性相互偶联、相互影响。仅仅考虑几何非线性将复杂工程问题过于理想化、简单化。

JG软件完全意义上材料、几何偶联的算法和功能,将使钢结构的直接设计方法更符合工程实际情况。


学报-B01.png
JG几何稳定分析模拟薄壳屈服后下降段 (无材料非线性)

学报-B02.png
JG几何稳定分析,大跨度钢网架失稳 (无材料非线性)


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JG几何稳定分析,在考虑材料非线性后,材料屈服显著影响变形形态——但仍能完好模拟屈曲下降段



JG钢框架几何稳定分析(考虑材料非线性),在几何失稳之前,材料先屈服



JG大跨度钢桁架几何稳定分析(考虑材料非线性),在几何失稳之前,材料先屈服










 



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