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基于FEM深基础工程的有限元分析

发布于:2016-03-23 18:26
有限元分析

      随着城市建设的发展,高层建筑大量涌现,在有限的占地面积中,建筑物高度密集,使人们从地上向地下发展,比如修建地铁、地下商场、地下车库等。这样,深基础工程就显得尤为重要。对于高层建筑物地下岩土及其周围复杂的环境,单依靠人工、人力去分析,无法全面、准确地解决地下基础问题,因此,需要借助于计算机技术,通过计算机程序解决深基础工程中参数的数值有限元分析,以达到预期目的。
      目前,国内外对工程应用型App的开发是一个热点,大家都在积极推出拥有自主常识产权的商业应用App,其中大多数均为通用App,使用范围广。但就高层建筑地下工程这一类复杂的、专业性很强的问题,通用App往往由于本构模型及相关参数、变量缺乏等原因,无法实现整体工程的分析和模拟,因此,有必要针对深基础工程进行计算机App开发。在App开发过程中,FEM(Finite element method)是工程领域常用的数值模拟方法,即有限元方法。它是一种求解连续介质力知识题的通用数值模拟方法,有着强大的实用性和广泛性。与其他数值计算方法(如差分法、边界元、有限元、无单元法等) 相比较,有限元的突出优点是适于处理非线性、非均质和复杂的边界等问题。所以目前在水利、土木工程界开发一些工程类型针对性很强、人机交互方便、操作界面直观、费用低廉、有自主常识产权的应用App,还是很有发展前景的。
      自1966年美国的Clough和Woodward首先用有限元分析土坝以来,有限元在岩土工程中的应用迅速发展,并取得了巨大进展。有限元法的分析过程概括起来可分为以下6个步骤:
      (1) 连续体的离散化。离散化即将给定的连续体分割成有限个单元体,并在单元体的指定点设置节点,使相邻单元的有关参数具有一定的连续性,并构成一个单元的集合体,以代替原来的结构。
      (2) 选择位移模式。
      (3) 根据虚功原理,推导单元刚度矩阵,形成平衡方程。
      (4) 集合所有单元的平衡方程,建立整体结构的平衡方程。这个过程包括两方面的内容:一是将各个单元的刚度矩阵集合成整体刚度矩阵,二是将作用于各单元的等效节点力列阵。于是可得到平衡方程,然后引入几何边界条件,并按此适当修改上述方程。
      (5) 计算未知节点位移矢量。
      (6) 由节点位移矢量计算单元应力。
      本程序是在借鉴国内外众多的有限元分析App包优点的基础上开发的三维非线性有限元分析程序。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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