钢筋混凝土梁非线性分析作业

钢筋混凝土梁非线性分析

主要内容

第一部分：荷载及梁的尺寸

第二部分：建模

第三部分：加载、求解

第四部分：计算结果及分析

第一部分：荷载及梁的尺寸

材料性能：

混凝土弹性模量E=25500MPa,泊松比ν=0.3,轴抗拉强度标准值为1.55MPa,单轴抗压强度定义为-1，则程序不考虑混凝土的压碎行为，关闭压碎开关。裂缝张开传递系数0.4,裂缝闭合传递系数1 。钢筋为双线形随动硬化材料，受拉钢筋弹性模量E=200000MPa, 泊松比ν=0.3,屈服应力=350MPa，受压钢筋以及箍筋E=200000MPa，,泊松比ν=0.3，屈服应力=200MPa。

第二部分：建模

由于对称约束，只需要建立1/2模型即可，在对称面上可以采用对称约束。建立好的模型见下图：

(1)进入ANSYS，设置工程名称为RC-BEAM

(2)定义分析类型为结构分析

(3)定义单元类型在单元库中选65号实体单元为二号单元，建立混凝土模型；选LINK8单元为一号单元，模拟钢筋模型；定义辅助网格单元MESH200及其形状选择。

1)钢筋混凝土有限元模型的合理选用

①整体式

整体式有限元模型是将钢筋弥散于整个单元中，将加筋混凝土视为连续均匀材料，求出的是一个统一的刚度矩阵。该方法优点是建模方便，分析效率高;缺点是不适用于钢筋分布较不均匀的区域，且不易得到钢筋内力。主要用于钢筋混凝土板、剪力墙等有大量钢筋且钢筋分布较均匀的构件。

②组合式

组合式有限元模型是将纵筋密集的区域设置为不同的体，使用带筋的SOLID65单元，而无纵筋区则设置为无筋SOLID65单元。这样就可以将钢筋区域缩小，接近真实的工程情况。这种模型假定钢筋和混凝土两者之间的相互粘接良好，没有相对滑移。在单元分析时，可分别求得混凝土和钢筋对刚度矩阵的贡献，组成一个复合的、单元刚度矩阵。

③分离式

分离式有限元模型采用SOLID65来模拟混凝土，空间LINK8杆单元来模拟纵筋，这样的建模能够模拟混凝土的开裂、压坏现象及求得钢筋的应力，还可以对杆施加预应力来模拟预应力混凝土。钢筋单元与混凝土单元共用节点,以实现整体工作过程中自由度的耦合。缺点是建模比较复杂，单元较多，且容易出现应力集中拉坏混凝土的问题。

2)单元选取及其本构关系

对于混凝土材料模型，ANSYS可通过专门的单元类型SOLID65(三维钢筋混凝土实体单元)和专门的材料模型CONCRETE来实现;而混凝土结构中的钢筋的主要作用是承受轴向的拉力或压力,因此，钢筋单元可选用LINK8杆单元，材料采用随动硬化双线性弹塑性(Kinematic hardening plasticity)模型。这样，由实体单元SOLID65 和杆单元LINK8共同构成的钢筋混凝土模型能很好地反映钢筋混凝土的特性，模拟出其压碎及开裂的破坏过程。

2)．1混凝土单元

SOLID65单元具有八个节点，每个节点有三个自由度，即具有X、Y、Z三个方向的线位移;采用整体式模型时还可对三个方向的含筋情况进行定义。该实体模型可具有拉裂与压碎的性能。CONCRETE材料特性用的是William-Wamke 五参数破坏准则和拉应力准则的组合模式，可以自由定义混凝土开裂后裂缝张开和闭合时的剪力传递系数、混凝土的应力一应变关系以及混凝土的单向和多向拉压强度等。

混凝土采用William-Wamke五参数破坏准则，程序将根据SOLID单元8个积分点上的多轴应力状态和破坏准则判断材料发生何种破坏，如果使用ANSYS 中的塑性模型考虑混凝土材料的塑性行为，塑性只能发生在W-W五参数准则所定义的破坏面以内。一旦材料超出了破坏面，将进入破坏状态。前两个参数的取

值范围是0-1,1表示建立完全传递，0表示完全没有剪切传递作用，本题混凝土张开裂缝的剪力传递系数取0.4,闭合裂缝的剪力传递系数取1。单轴抗拉强度取

1.55，单轴抗压强度取-1。

2)．2钢筋单元

ANSYS中钢筋一般选用LINK8单元和随动硬化双线性弹塑性模型。该单元既能承受拉力，同时又能承受压力。随动硬化双线性弹塑性模型适用于遵从von-Mises（米塞斯屈服准则的物理意：在一定的变形条件下，当材料的单位体积形状改变的弹性位能（又称弹性形变能）达到某一常数时，材料就屈服。）屈服准则的材料，应力应变曲线如图3所示，曲线OA1段的斜率代表材料的弹性模量，曲线A1B1段的斜率代表材料的切线模量，A1为材料的屈服强度，B1为材料的极限强度，切线模量不能小于零，同时也不能大于弹性模量。

2）．3钢筋与混凝土之间的联结单元

在钢筋混凝土结构采用分离式建模时，钢筋与混凝土之间的作用方式一般有两种:第一种是不考虑钢筋与混凝土之间的滑移，即假设钢筋和混凝土之间位移完全协调。处理办法就是钢筋混凝土模型在划分单元时让混凝土单元和钢筋单元(包括纵向受力筋和箍筋)共享节点。

第二种是在钢筋单元和混凝土单元在同一坐标位置的节点之间增设虚拟的单元，模拟他们二者之间的粘结滑移，这样可以进一步提高分析的精度。目前这种粘结单元常用非线性弹簧单元COMBIN39进行模，该单元可以很方便地设定界面上的剪力一滑移关系，但该COMBIN39单元只能模拟一个方向(比如X方向)的粘结，另外两个方向(Y，Z)只能使节点位移耦合，表示粘结刚度无限大，以致钢筋单元和混凝土单元的相应节点在Y、Z两方向上没有相对位移。分析结果的准确程度主要取决于弹簧刚度的取值。

(4)定义实常数

这一步根据钢筋的直径等材料的信息定义。

(5)定义材料属性

这一步添加三个材料模型，分别是混凝土材料模型，受拉钢筋模型，受压钢筋和箍筋模型。输入弹性模量，泊松比和屈服强度等值后完成材料属性定义。

（6）创建半个模型所有节点

部分节点图片

创建横截面上节点

半个模型节点

（7）创建受压钢筋和箍筋以及纵向受拉钢筋单元

这一步采用APDL命令完成，APDL是ANSYS Parametric Design Language 的缩写，即ANSYS参数化设计语言，它是一种类似FORTRAN的解释性语言，提供一般程序语言的功能。

箍筋模型

箍筋模型

钢筋骨架模型

（8）创建混凝土有限元模型

第一步，建立混凝土剖面并划分网格；

第二步，拉伸形成混凝土体单元。

混凝土有限元模型

第三部分：加载、求解

（1）边界条件

将Z=0的面设置成为对称面约束，将Y=0，Z=-1710的边界底部的节点沿X 和Y方向的自由约束。对Y=300,Z=-540节点施加-10mm的Y方向位移荷载。（2）选择大变形分析，开始子步数为200,输出所有子步上的全部结果项目。（3）在非线性选项列表中设置最大平衡迭代次数为50，并设置收敛准则为力的二范数，收敛的相对容差为0.05。

第四部分：计算结果及分析

计算收敛曲线

梁的挠度等值线图

梁的主拉应力等值线图

梁的裂缝透视图

梁底部裂缝扩展示意图

非线性分析作业讲义

学院：材料科学与工程学院专业：材料工程 姓名：飞学号：1125 作业： 找出几个所在专业研究领域的重要而且有研究价值的非线性问题及其模型，要求写出相应的模型方程及其所涉及的变量参数涵义，并列举出研究该模型的主要研究现状。（不少于3种） 举例1：材料力学领域的非线性问题 非线性本构和非线性本构复合材料 1.1 研究非线性本构模型的意义 从力学的角度来看，C/SiC复合材料属于准脆性的各向异性材料。以碳纤维、热解碳界面和SiC基体三种典型组分构成的C/SiC复合材料为例，相对于脆性的单质陶瓷，该材料具有较好的韧性。主要原因是在机械载荷作用下，材料内部存在如前所述的基体开裂、界面脱粘和滑移、纤维断裂和拔出等多种能量耗散机制。虽然这些细观损伤模式有别于金属的屈服机理，但是材料表现出类似的弹塑性-损伤力学行为。图1-1为C/SiC复合材料在沿轴向拉伸加卸载条件下的典型应力-应变曲线，从图中可看出：材料的线弹性极限较低，通常为20MPa左右；当应力水平超过弹性极限之后，材料的弹性模量（E0）开始减小，同时产生类似于不可回复的残余应变，卸载-重加载过程中应力-应变曲线形成迟滞环，且迟滞环的宽度随卸载点应力的增大而不断增大。该材料的剪切应力-应变关系也有类似的特征。由此易知，在对C/SiC复合材料的应力-应变关系进行分析描述时，传统的线弹性本构模型已经不再胜任；而如果仅在线弹性范围内使用该材料，则不能充分发挥出材料的力学性能，安全裕度过大，与航空航天器追求减重的目标不符。因此需要充分了解该材料的非线性力学行为，特别是其内部的损伤机理与特性，并为其建立合适的非线性本构模型。

图1-1 C/SiC复合材料的典型拉伸加/卸载应力-应变曲线 建立非线性本构模型的一个重要作用是辅助C/SiC复合材料的结构优化设计。如前所述，目前C/SiC复合材料已经开始逐步在航空航天器结构上使用，轻质、可重复使用等特性有助于提高飞行器的性能，并降低寿命周期内的使用和维护成本，但是这类材料仍然存在造价高的缺点。例如，德国DLR为X-38 V201飞行器提供的全C/SiC复合材料襟翼的尺寸约为1.4m×1.6m，重68公斤，造价高达2千万美元。这是由材料制备工艺的特点决定的。以较为成熟的等温CVI 工艺为例，该工艺具有能够制备出高纯度的基体、可用于一定厚度构件的近尺寸成型等诸多优点，但是为防止沉积的基体太快地封堵预制体孔隙通道，需要在相对缓慢的沉积速率下进行，因此材料的制备周期长，通常需要几周或数百小时的时间，而且化学反应过程中生成的HCl等副产物对设备有腐蚀作用，导致制备成本偏高，限制了材料的推广应用。因此，为C/SiC复合材料建立合适的本构模型，在结构设计阶段将本构模型与商业有限元软件结合，准确计算和结构在不同受载条件下的应力状态并预测其承载能力，有助于结构的优化设计，同时省去或减少大量的试件制备和测试过程，从而降低热结构的研发成本。国内已经对C/SiC 的损伤机理和本构模型开展了一些研究工作。潘文革等人对二维和三维编织C/SiC复合材料在单轴拉伸载荷下的损伤演化进行了试验研究，通过分析声发射事件数和相对能量等参数，发现两种材料的拉伸损伤过程大致分为初始损伤阶段、过渡阶段、损伤加速和快速断裂阶段；杨成鹏等人对二维编织C/SiC复合材料单轴拉伸非线性力学行为进行了试验研究，通过循环加卸载试验方法，获得了材料的残余应变和卸载模量随拉伸应力的变化关系，并建立了基于剪滞理论的细观损伤力学模型；陶永强等人将二维编织结构简化成正交铺层和纤维束波动部分的组合，采用了Curtin和Ahn提出的基体随机开裂、纤维随机断裂的统计分布理论以及体积平均方法，预测了二维编织C/SiC复合材料的应力-应变关系。此

混凝土结构设计原理习题答案(第四章)

教材P97 习题1：钢筋混凝土简支梁，计算跨度为m 7.50=l ，承受均布荷载为 kN/m 5.26 (已考虑和在分项系数，但不包括梁自重)。混凝土强度等级为C20， 环境类别为一类，采用HRB400钢筋。试确定梁的截面尺寸并计算受拉钢筋截面 面积和选择钢筋。 提示：(1)根据梁的跨度初选截面尺寸；(2)钢筋混凝土容重为25kN/m 3；(3) 本题的计算结果有多种答案。 解：(1)初选截面 根据梁的高跨比和高宽比，查表4-1，初选梁的截面尺寸为 250mm ?500mm 。 (2)设计参数 查附录1、附录6可知，C20混凝土f c =9.6N/mm 2， f t =1.1N/mm 2,HRB400级钢筋f y =360N/mm 2；查表4-5，α1=1.0，ξb =0.518。 查附录16，一类环境，c =25mm ，假定钢筋单排布置，则a s =c +d s +d /2=45mm ， h 0=h –45=455mm %138.0360 1.145.045.0% 2.0min =?=>=y t f f ρ。 (3)内力计算 梁上均布荷载设计值： 由可变荷载效应控制的组合 kN/m 25.305.265.025.0252.1k Q k G =+???=+=q g p γγ 由永久荷载效应控制的组合 kN/m 77.225.267.05.025.02535.1k Q k G =?+???=+=q g p ψγγ 跨中最大弯矩设计值： m kN 85.1227.525.308 10.1812200?=???==pl M γ (4)计算钢筋截面面积 由式(4-11)可得 mm 7.235mm 5.1312506.90.11085.122245545520b 6 212 0=<=????--=--=h b f M h h x c ξα 由式(4-11)可得 2 min 2y c 1s mm 250500250%2.0mm 7.8763605.1312506.90.1=??=>=???==bh f bx f A ρα 符合适用条件。 (5)选配钢筋及绘配筋图 所取截面合理。由以上计算查表，选用 3C 20(A s =942mm 2)，截面配筋简图如右图所示。 例4-1配筋图

实例matlab-非线性规划-作业

实例matlab-非线性规划-作业

现代设计方法-工程优化理论、方法与设计 姓名 学号 班级 研 问题 ： 某厂向用户提供发动机，合同规定，第一、二、三季度末分别交货40台、60台、80台。每季度的生产费用为 （元），其中x 是该季生产的台数。若交货后有剩余，可用于下季度交货，但需支付存储费，每台每季度c 元。已知工厂每季度最大生产能力为100台，第一季度开始时无存货，设a=50、b=0.2、c=4，问工厂应如何安排生产计划，才能既满足合同又使总费用最低。讨论a 、b 、c 变化对计划的影响，并作出合理的解释。 问题的分析和假设： 问题分析：本题是一个有约束条件的二次规划问题。决策变量是工厂每季度生产的台数，目标函数是总费用（包括生产费用和存储费）。约束条件是生产合同，生产能力的限制。在这些条件下需要如何安排生产计划，才能既满足合同又使总费用最低。 问题假设： 1、工厂最大生产能力不会发生变化； 2、合同不会发生变更； 3、第一季度开始时工厂无存货； 4、生产总量达到180台时，不在进行生产； 5、工厂生产处的发动机质量有保证，不考虑退货等因素； 6、不考虑产品运输费用是否有厂家承担等和生产无关的因素。 符号规定： x1——第一季度生产的台数； x2——第二季度生产的台数； 180-x1-x2——第三季度生产的台数； y1——第一季度总费用； y2——第二季度总费用； y3——第三季度总费用； y ——总费用（包括生产费用和存储费）。 ()2bx ax x f +=

建模： 1、第一、二、三季度末分别交货40台、60台、80台； 2、每季度的生产费用为 （元）； 3、每季度生产数量满足40 ≤x1≤100，0≤x2≤100，100≤x1+x2 ≤180； 4、要求总费用最低，这是一个目标规划模型。 目标函数: y1 2111x b x a Z ?+?= y2()4012222-?+?+?=x c x b x a Z y3()()()10018018021221213 -+?+--?+--?=x x c x x b x x a Z y x x x x x x Z Z Z Z 68644.04.04.0149201 212221321--+++=++= 40≤x1≤100 0≤x2≤100 100≤x1+x2≤180 ()2 bx ax x f +=

钢筋混凝土梁非线性分析作业

钢筋混凝土梁非线性分析 主要内容 第一部分：荷载及梁的尺寸 第二部分：建模 第三部分：加载、求解 第四部分：计算结果及分析 第一部分：荷载及梁的尺寸 材料性能： 混凝土弹性模量E=25500MPa,泊松比ν=0.3,轴抗拉强度标准值为1.55MPa,单轴抗压强度定义为-1，则程序不考虑混凝土的压碎行为，关闭压碎开关。裂缝张开传递系数0.4,裂缝闭合传递系数1 。钢筋为双线形随动硬化材料，受拉钢筋弹性模量E=200000MPa, 泊松比ν=0.3,屈服应力=350MPa，受压钢筋以及箍筋E=200000MPa，,泊松比ν=0.3，屈服应力=200MPa。 第二部分：建模 由于对称约束，只需要建立1/2模型即可，在对称面上可以采用对称约束。建立好的模型见下图： (1)进入ANSYS，设置工程名称为RC-BEAM (2)定义分析类型为结构分析

(3)定义单元类型在单元库中选65号实体单元为二号单元，建立混凝土模型；选LINK8单元为一号单元，模拟钢筋模型；定义辅助网格单元MESH200及其形状选择。 1)钢筋混凝土有限元模型的合理选用 ①整体式 整体式有限元模型是将钢筋弥散于整个单元中，将加筋混凝土视为连续均匀材料，求出的是一个统一的刚度矩阵。该方法优点是建模方便，分析效率高;缺点是不适用于钢筋分布较不均匀的区域，且不易得到钢筋内力。主要用于钢筋混凝土板、剪力墙等有大量钢筋且钢筋分布较均匀的构件。 ②组合式 组合式有限元模型是将纵筋密集的区域设置为不同的体，使用带筋的SOLID65单元，而无纵筋区则设置为无筋SOLID65单元。这样就可以将钢筋区域缩小，接近真实的工程情况。这种模型假定钢筋和混凝土两者之间的相互粘接良好，没有相对滑移。在单元分析时，可分别求得混凝土和钢筋对刚度矩阵的贡献，组成一个复合的、单元刚度矩阵。 ③分离式 分离式有限元模型采用SOLID65来模拟混凝土，空间LINK8杆单元来模拟纵筋，这样的建模能够模拟混凝土的开裂、压坏现象及求得钢筋的应力，还可以对杆施加预应力来模拟预应力混凝土。钢筋单元与混凝土单元共用节点,以实现整体工作过程中自由度的耦合。缺点是建模比较复杂，单元较多，且容易出现应力集中拉坏混凝土的问题。 2)单元选取及其本构关系 对于混凝土材料模型，ANSYS可通过专门的单元类型SOLID65(三维钢筋混凝土实体单元)和专门的材料模型CONCRETE来实现;而混凝土结构中的钢筋的主要作用是承受轴向的拉力或压力,因此，钢筋单元可选用LINK8杆单元，材料采用随动硬化双线性弹塑性(Kinematic hardening plasticity)模型。这样，由实体单元SOLID65 和杆单元LINK8共同构成的钢筋混凝土模型能很好地反映钢筋混凝土的特性，模拟出其压碎及开裂的破坏过程。 2)．1混凝土单元 SOLID65单元具有八个节点，每个节点有三个自由度，即具有X、Y、Z三个方向的线位移;采用整体式模型时还可对三个方向的含筋情况进行定义。该实体模型可具有拉裂与压碎的性能。CONCRETE材料特性用的是William-Wamke 五参数破坏准则和拉应力准则的组合模式，可以自由定义混凝土开裂后裂缝张开和闭合时的剪力传递系数、混凝土的应力一应变关系以及混凝土的单向和多向拉压强度等。 混凝土采用William-Wamke五参数破坏准则，程序将根据SOLID单元8个积分点上的多轴应力状态和破坏准则判断材料发生何种破坏，如果使用ANSYS 中的塑性模型考虑混凝土材料的塑性行为，塑性只能发生在W-W五参数准则所定义的破坏面以内。一旦材料超出了破坏面，将进入破坏状态。前两个参数的取

结构非线性作业参考-方志老师

《工程结构非线性》作业 学院：土木工程学院 专业：桥梁工程 姓名：刘万事 学号：S140110021 教师：方志（教授）

结构非线性作业一 （1） 求出荷载—柱中点侧移的解析解及第一类失稳荷载； （2） 以具体的实例给出几何非线性效应的数值解（可用有限元程序计算,但应给出有限元程 序理论背景的详细描述），并与解析解结果对比； （3） 对结构几何非线性和稳定的关系进行讨论。 1、偏压柱的跨中最大挠度的解析解 图1 计算简图 1.1跨中弯矩为： ()M P e y =+ （1） 1.2由材料力学中梁挠曲线的近似微分方程可以得到： 22d y M dx EI =- 将（1）式代入其中得 ''()P e y P Pe y y EI EI EI +=-=+ 解微分方程得： []csc sin ()csc sin sin ()sin csc l x x y e l l x e l x l l e l x x l e ααααααα-??? ?=--+-????????=-+-

其中α= 1.3 求跨中侧移：当2l x = 时 max 2sin csc (sec 1)22 l l y e l e e ααα=-=- 2、用有限元软件ansys 建立题中所给的弯压柱的力学模型，并计算跨中最大挠度 2.1 给出一个实例： 假设题中所给弯压柱所受荷载P=10KN, 偏心距e=0.05m ，柱高为L=5m ，采用屈服 强度为345MP 的钢材，弹性模量E=2.06x105 MP, 柱的截面尺寸如所示： 图1 计算截面 2.2 确定材料的本构模型 采用韩林海（2007）中的二次塑性流模型来模拟钢材， 其应力-应变关系曲线,分为弹性段(Oa)、弹塑性段(ab)、塑性段 (bc)、强化段(cd)和二次塑流(de)等五个阶段，如图1所示。图1中的点划线为钢材实际的应力-应变关系曲线，实线所示为简化的应力-应变关系曲线，模型的数学表达式如式(3-1)。其中： e1e3e1e2e e1s y e 100,10,5.1,/8.0εεεεεεε====E f ； f p 、f y 和 f u 分别为钢材的比例极限、屈服极限和抗拉强度极限。

混凝土设计原理第7章作业题

混凝土结构设计原理作业题 第7章 构件斜截面受剪性能与设计 7－1（基本题目） 已知一承受均布荷载的矩形截面简支梁，截面尺寸mm mm h b 400200?=?，采用C25混凝土，箍筋采用HPB300级，配有双肢箍筋直径8mm ，间距200mm ，安全等级为二级，环境类别为一类。要求：（1）求该粱所能承受的最大剪力设计值；（2）若梁净跨m l n 26.4=，求按受剪承载力计算该粱所能承受的均布荷载设计值q 。

搁置情况及纵筋数量如图所示。该粱承受均布荷载设计值m 96（包 kN/ 括自重），采用C25混凝土，箍筋采用HRB335级，纵筋为HRB400级。要求：配置箍筋。

搁置情况及纵筋数量如图所示，采用C30混凝土，箍筋采用HPB300级，箍筋直径8mm，间距150mm。纵筋为HRB400级。梁配有足够纵筋，保证梁不会发生弯曲破坏，安全等级为二级，环境类别为一类。要求：试由受剪承载力计算梁所能承担的设计荷载P。 荷载布置和梁配筋图

7－5（基本题目） 已知某现浇钢筋混凝土楼盖，其结构平面布置如图所示。框架梁KL 的截面尺寸为mm mm 600350?，mm h 5550=，板厚度100mm ，混凝土强度等级C25，箍筋采用HPB300级。已算出梁KL 在支座节点边缘处的剪力设计值最大，kN V 253=(其中集中荷载对节点边缘所产生的剪力占总剪力75%以上）。要求：配置箍筋。

寸为mm mm 400200?，混凝土强度等级C25，箍筋采用HRB335级。环境类别为一类，mm a s 35=。要求：配置箍筋。

所示，承受一集中荷载，其设计值为kN （忽略梁自重），采用 P400 混凝土强度等级C20，箍筋采用HRB335级。安全等级为二级，环境类别为一类。要求：配置箍筋（梁底纵筋布置一排）。

钢筋混凝土梁ansys非线性分析大作业

钢筋混凝土非线性分析2015大作业 1、参数选择 梁的截面宽度为200mm，上部配置2Φ8受压筋，混凝土的净保护层厚度为25 mm（从纵向钢筋外边缘算起），箍筋两端区采用8@100的双肢箍，中间区取8@200 双肢箍 1）梁的截面高度选300mm； 2）两加载间的距离选1000mm； 3）混凝土选C30； ； 4）纵向受拉钢筋配筋选218 2、描述选用的有限元模型及单元的特点 采用ansys软件进行模拟计算，钢筋混凝土模型采用分离式模型，不考虑钢筋与混凝土之间的相对滑移。 混凝土采用solid65单元模拟，solid65用于模拟三维有钢筋或无钢筋的混凝土模型。该单元能够计算拉裂和压碎。在混凝土应用中，该单元的实体功能可以用于建立混凝土模型，同时，还可用加筋功能建立钢筋混凝土模型。另外，该单元还可以应用于加强复合物和地质材料。该单元由八个节点定义，每个节点有三个自由度:节点坐标系的x，y，z方向的平动。至多可以定义三种不同规格的钢筋。 钢筋单元采用link180单元模拟，link180是一个适用于各类工程应用的三维杆单元。根据具体情况，该单元可以被看作桁架单元、索单元、链杆单元或弹簧单元等等。本单元是一个轴向拉伸一压缩单元，每个节点有三个自由度:节点坐标系的x，y，z方向的平动。本单元是一种顶端铰接结构，不考虑单元弯曲。本单元具有塑性、蠕变、旋转、大变形和大应变功能。缺省时，当考虑大变形时任何分析中LINK180单元都包括应力刚化选项。 3、描述选用的混凝土与钢筋粘结滑移本构关系的具体形式、参数等。

钢筋的应力应变关系曲线 考虑到极限塑性应变最大值为0.01,钢筋本构模型采用多线性模型kinh，初始弹性模量为Es=200000Mpa，强化系数为0.001。 混凝土的应力应变关系曲线 混凝土选用各向同性的miso模型，当计入下降端时，程序报错，所以只取了前面的上升段，用5段折线模拟混凝土应力应变曲线。 不考虑混凝土与钢筋之间的相对滑移 4、迭代方法和收敛标准。 使用修正的Newton-Raphson迭代方法进行求解。收敛标准采用位移来控制

电子科技大学非线性系统作业

非线性系统理论分析及其应用 XXX （1．电子科技大学，XXXXX学院，XXXXXXX） Theoretical Analysis Of nonlinear Systems And Its Applications XXXXXXXXXX (University of Electronic Science and Technology of China，School of Energy Science and Engineering,XXXXXXXXXXXXXXXX) 摘要：本文通过通过对非线性系统的原理，分类，性质等做了细致的分析，并重点介绍了非线性系统在电力系统，自行车自动控制等方面的应用，得出非线性系统在控制领域的重要地位。 关键词：非线性；原理；应用 ABSTRACT: In this paper, through the principle of non-linear systems, classification, properties, and so do a detailed analysis and focuses on the application of nonlinear systems in the power system, automatic control and other aspects of the bike, draw an important role in the control field of nonlinear systems . KEY WORDS：Nonlinear; principle; application 1 非线性系统的原理 非线性系统是状态变量和输出变量对于所有可能的输入变量和初始状态都满足叠加原理的系统。一个由线性元部件所组成的系统必是线性系统。但是，相反的命题在某些情况下可能不成立。线性系统的状态变量(或输出变量)与输入变量间的因果关系可用一组线性微分方程或差分方程来描述，这种方程称为系统的数学模型。 1.1 非线性与线性概述 线性，指量与量之间按比例、成直线的关系，在空间和时间上代表规则和光滑的运动；而非线性则指不按比例、不成直线的关系，代表不规则的运动和突变。如问：两个眼睛的视敏度是一个眼睛的几倍？很容易想到的是两倍，可实际是6－10倍！这就是非线性：1+1不等于2。激光的生成就是非线性的！当外加电压较小时，激光器犹如普通电灯，光向四面八方散射；而当外加电压达到某一定值时，会突然出现一种全新现象：受激原子好像听到“向右看齐”的命令，发射出相位和方向都一致的单色光，就是激光。非线性的特点是：横断各个专业，渗透各个领域，几乎可以说是：“无处不在时时有。”如：天体运动存在混沌；电、光与声波的振荡，会突陷混沌；地磁场在400万年间，方向突变16次，也是由于混沌。甚至人类自己，原来都是非线性的：与传统的想法相反，健康人的脑电图和心脏跳动并不是规则的，而是混沌的，混沌正是生命力的表现，混沌系统对外界的刺激反应，比非混沌系统快。由此可见，非线性就在我们身边，躲也躲不掉了。 1.2 非线性与线性的比较 定性地说，线性关系只有一种，而非线性关系则千变万化，不胜枚举。线性是非线性的特例，它是简单的比例关系，各部分的贡献是相互独立的；而非线性是对这种简单关系的偏离，各部分之间彼此影响，发生耦合作用，这是产生非线性问题的复杂性和多样性的根本原因。正因为如此，非线性系统中各种因素的独立性就丧失了：整体不等于部分之和，叠加原理失效，非线性方程的两个解之和不再是原方程的解。因此，对于非线性问题只能具体问题具体分析。 线性与非线性现象的区别一般还有以下特征：（1）在运动形式上，线性现象一般表现为时空中的平滑运动，并可用性能良好的函数关系表示，而非线性现象则表现为从规则运动向不规则运动的转化和跃变； （2）线性系统对外界影响的响应平缓、光滑，而非线性系统中参数的极微小变动，在一些关节点上，可以引起系统运动形式的定性改变。在自然界和人类社会中大量存在的相互作用都是非线性的，线性作用只不过是非线性作用在一定条件下的近似。 1.3 非线性系统分类

混凝土课后答案解析第5章

5－1 已知某承受均布荷载的矩形截面梁截面尺寸b ×h ＝250mm ×600mm （取a s ＝35mm ），采用C25混凝土，箍筋为HPB235钢筋。若已知剪力设计值V ＝150kN ，试采用Φ8双肢箍的箍筋间距s ？ 『解』 （1）已知条件： a s =35mm 0h =h —a s =600—35=565mm SV A =1012mm 查附表1—2、2—3得： c β=1.0 , c f =11.9 N/2mm , t f =1.27 N/2mm ，yv f =210N/2mm （2）复合截面尺寸： w h =0h =565mm w h b =565 250=2.26<4 属一般梁。 00.25c c f bh β=0.25?1.0?11.9?250?565=420.2 kN>150 kN 截面满足要求。 （3）验算是否可构造配箍： 00.7 t f b h =0.7?1.27?250?565=125.6 kN<150 kN 应按计算配箍 （4）计算箍筋间距： V ≤00.7t f bh +01.25sv yv A f h s s ≤001.250.7sv yv t A f h s V f bh -=()3 1.25210101565150125.610???-?=613.2mm 查表5—2 ，取s=200 mm （5）验算最小配箍率： sv A bs =101250200?=0.202﹪>0.24t yv f f =0.24 1.27 210?=0.145﹪ 满足要求。

（6）绘配筋图： 5－2 图5－51所示的钢筋混凝土简支粱，集中荷载设计值F ＝120kN ，均布荷载设计值（包括梁自重）q=10kN/m 。选用C30混凝土，箍筋为HPB235钢筋。试选择该梁的箍筋（注：途中跨度为净跨度，l n =4000mm ）。 『解』 （1）已知条件： a s =40mm 0h =h —a s =600—40=560mm 查附表1—2、2—3得： c β=1.0 , c f =14.3N/2mm , t f =1.43N/2mm ，yv f =210N/2mm （2）确定计算截面及剪力设计值： 对于简支梁，支座处剪力最大，选该截面为设计截面。 剪力设计值： V=12n ql +F=1 2?10?4+120=140 kN 120 140=85.7﹪>75﹪

大连理工大学非线性分析报告第三次作业

1）分叉图为： 程序为： muv=0:0.002:3; %%%分叉参数 m=length(muv); for k=1:m mu=muv(k); n=1000;x=zeros(n,1);x(1)=0.1; for kk=2:n x(kk)=mu*x(kk-1)*(1-x(kk-1)*x(kk-1)); %%%映射end figure(5) plot(zeros(50,1)+mu,x(301:350),'r.'); hold on; xlabel('a');ylabel('x_n');title('分叉图') grid on end

Lyapunov 图 程序为： n=400; xn=zeros(1,n); aa=2.4:0.01:4; N=1; hold on ;box on ;xlim([min(aa),max(aa)]); XL(1)=ylabel('\itx'); for a=aa; x=0.1; for q=1:80; x=a*x*(1-x); end s=0; for q=1:n; xn(q)=x; df=a-2*a*x; s=s+log(abs(df)); x=a*x*(1-x); end L(N)=s/n; N=N+1; 2.4 2.6 2.83 3.2 3.4 3.6 3.84 a

a,pause(0.01) end plot(aa,L); hold on ;box on ; grid on; xlim([min(aa),max(aa)]); 2 求解方程131n n n n n n x y y bx dy y ++=???=-+-?? 可得到固定点 ()()11,0,0x y = 当10d b -->时， ( )22,y x =，( )(33,y x =， 求得特征值表达式为 ， 利用相图，观察strange attractor ： 当b=0.2，d=2.5或2.65时，不存在奇异吸引子； 当b=0.2，d=2.77时，存在奇异吸引子，奇异吸引子图为： 234)3(222d y b d y ----±= λ

混凝土计算题与答案解析

四、计算题（要求写出主要解题过程及相关公式，必要时应作图加以说明。每题15分。） 第3章 轴心受力构件承载力 1．某多层现浇框架结构的底层内柱，轴向力设计值N=2650kN ，计算长度m H l 6.30==，混凝土强度等级为C30（f c =mm 2），钢筋用HRB400级（2'/360mm N f y =），环境类别为一类。确定柱截面积尺寸及纵筋面积。（附稳定系数表） 2．某多层现浇框架厂房结构标准层中柱,轴向压力设计值N=2100kN,楼层高l 0=H =，混凝土用C30（f c =mm 2），钢筋用HRB335级（2'/300mm N f y =），环境类别为一类。确定该柱截面尺寸及纵筋面积。（附稳定系数表） 3．某无侧移现浇框架结构底层中柱，计算长度m l 2.40=，截面尺寸为300mm ×300mm ，柱内配有416纵筋（2'/300mm N f y =），混凝土强度等级为C30（f c =mm 2），环境类别为一类。柱承载轴心压力设计值N=900kN ，试核算该柱是否安全。（附稳定系数表） 第4章 受弯构件正截面承载力 1．已知梁的截面尺寸为b ×h=200mm ×500mm ，混凝土强度等级为C25,f c =mm 2， 2/27.1mm N f t =, 钢筋采用HRB335，2/300mm N f y =截面弯矩设计值M=。环境类别 为一类。求：受拉钢筋截面面积。 2．已知梁的截面尺寸为b ×h=200mm ×500mm ，混凝土强度等级为C25， 22/9.11,/27.1mm N f mm N f c t ==，截面弯矩设计值M=。环境类别为一类。 3．已知梁的截面尺寸为b ×h=250mm ×450mm;受拉钢筋为4根直径为16mm 的HRB335钢筋，即Ⅱ级钢筋，2 /300mm N f y =，A s =804mm 2；混凝土强度等级为C40， 22/1.19,/71.1mm N f mm N f c t ==；承受的弯矩M=。环境类别为一类。验算此梁截面 是否安全。 4．已知梁的截面尺寸为b ×h=200mm ×500mm ，混凝土强度等级为C40， 22/1.19,/71.1mm N f mm N f c t ==，钢筋采用HRB335，即Ⅱ级钢筋，2 /300mm N f y =， 截面弯矩设计值M=。环境类别为一类。受压区已配置3φ20mm 钢筋，A s ’=941mm 2,求受拉钢筋A s 5．已知梁截面尺寸为200mm ×400mm ，混凝土等级C30，2 /3.14mm N f c =，钢筋 采用HRB335，2 /300mm N f y =，环境类别为二类，受拉钢筋为3φ25的钢筋，A s =1473mm 2，受压钢筋为2φ6的钢筋，A ’s = 402mm 2；承受的弯矩设计值M=。试验算此截面是否安全。 6．已知T 形截面梁，截面尺寸如图所示，混凝土采用C30， 2/3.14mm N f c =，纵向钢筋采用HRB400级钢筋，

混凝土基础计算题

1、某钢筋混凝土矩形截面梁，混凝土保护层厚为25mm(二a类环境)，b=250mm，h=500mm，承受弯矩设计值M=160KN.m，采用C20级混凝土，HRB400级钢筋，箍筋直径为8mm，截面配筋如图所示(As为1256mm2)。复核该截面是否安全。 已知：fc=9.6N/mm2，ft=1.1N/mm2，fy=360N/mm2，α1=1.0，ξb=0.518 ，h0=455mm 2、已知矩形截面简支梁，跨中弯矩设计值M=140KN.m。该梁的截面尺寸b×h=200m m×450mm,混凝土强度等级C30，钢筋HRB400级。试确定该梁跨中纵筋配筋面积A s。 附：f c=14.3N/mm2，f t=1.43N/mm2，f y=360N/mm2，α1=1.0，ξb=0.518，h0=450-45=405 mm

3、钢筋混凝土偏心受压柱，截面尺寸b×h=400mm×600mm，轴向力设计值N=1400KN，柱两端弯矩设计值分别为M1=280KN·m，M2=340KN·m，混凝土强度等级为C30（f c =14.3N /mm2，α1=1.0），纵筋采用HRB400（f y=f’y=360N/mm2）。其中，a s＝a’s=40mm。按对称配筋计算受压钢筋和受拉钢筋面积。 已知：取e a=20mm， ns=1.17；ξb=0.518。 2、某简支梁b×h=250mm×600mm,混凝土强度等级为C30（f t =1.43N/mm2 , f c =14.3N/mm2），箍筋采用双肢Φ10HPB300级钢筋（A sv1=78.5mm2,f yv=270Mpa）, 承受均布荷载，剪力设计值为382kN。a s＝a’s=40mm。请按照仅配置箍筋对构件进行斜截面抗剪承载力设计。已知：

非线性系统分析习题

非线性系统分析习题

第2章 2-1 电路如题图2-1所示，若11tanh 2u i =，2 23 22i i +=ψ，33ln u q =，试讨论对下列各组 变量：（1）2i 和3u ；（2）2i 和3q ；（3）2ψ和3u ；（4）2ψ和3q ；是否存在标准形式的状态方程？若存在，请导出该状态方程。 题图 2-1 2i 和3u 存在标准状态方程 323 3212222))2(tan (231 dt u i dt du u i u i i di s =--+=- 2-2 题图2-2所示电路，非线性电阻的特性为：2 2223R R R u u i -=，试导出电路的状态方程。 题图 2-2 L C C L C C L C L s C i L R u L u L dt di u u C i C du i C i C du 2212 222221 111 1)3(11dt 1 1dt --=--=-= 2-3 试确定下列函数是否满足全局Lipschitz 条件 （1）2 211212()[2]T f x x x x x x =--可能不满足 （2）2 2 2 112()[]x x T f x x e x e --=满足

2-4 Van der pol 方程可以用状态方程描述为 122 2112(1)x x x x x x ε=??=-+-? 试证明，任取初始条件1020x x ，，对于某些充分小的δ，状态方程在[0]δ上有唯一解。 2-5 考虑标量微分方程 0tan(()),(0)x x t x x == 试证明微分方程对于任意0x ，在区间[0,)∞上具有唯一解。 2-6 已知非线性系统的状态方程为 ? ?????????-----=???? ??????-t te x x x x x t dt dx dt dx 22212131 213tanh 43 试判断该状态方程是否有唯一解。 当00,0t t t ≥>时有唯一解 2-7 试求下列电路状态方程的平衡点。 （1）???????+-=-=dxy by dt dy cxy ax dt dx （0，0） （2）???????+-=++-=222 2y x y x dt dy y x x y dt dx （0，0） （3）???????-==3x x dt dy y dt dx （0，0）；（1，0）；（-1，0） （4）???????-==1sin 2x dt dy y dt dx ,2,1,0) ,1();k 1±±=-k k ππ，（ （5）???????+-=-=+3 1dy by dt dy e dt dx y x (0,0)；0,0d b )d b ,d b (); d b ,d b (≠>- -d

混凝土结构习题

混凝土结构习题集 3 北京科技大学 土木与环境工程学院 2007年 5月

综合练习 一、 填空题 1 .抗剪钢筋也称作腹筋，腹筋的形式可以是 和 。 2.无腹筋梁中典型的斜裂缝主要有 裂缝和 裂缝。 3.对梁顶直接施加集中荷载的无腹筋梁，随着剪跨比λ的 ，斜截面受剪承载力有增高的趋势。当剪跨比对无腹筋梁破坏形态的影响表现在：一般3λ>常为 破坏；当1λ<时，可能发生 破坏；当13λ<<时，一般是 破坏。 4.无腹筋梁斜截面受剪有三种主要破坏形态。就其受剪承载力而言，对同样的构件， 破坏最低， 破坏较高， 破坏最高；但就其破坏性质而言，均属于 破坏。 5.影响无腹筋梁斜截面受剪承载力的主要因素有 、 和 。 6.剪跨比反映了截面所承受的 和 的相对大笑，也是 和 的相对关系。 7.梁沿斜截面破坏包括 破坏和 破坏 8.影响有腹筋梁受剪承载力的主要因素包括 、 、 和 。 9.在进行斜截面受剪承载力的设计时，用 来防止斜拉破坏，用 的方法来防止斜压破坏，而对主要的剪压破坏，则给出计算公式。 10.如按计算不需设计箍筋时，对高度h> 的梁，仍应沿全梁布置箍筋；对高度h= 的梁，可仅在构件端部各 跨度范围内设置箍筋，但当在构件中部跨度范围内有集中荷载作用时，箍筋应沿梁全长布置；对高度为 以下的梁，可不布置箍筋。 11.纵向受拉钢筋弯起应同时满足 、 和 三项要求。 12.在弯起纵向钢筋时，为了保证斜截面有足够的受弯承载力，必须把弯起钢筋伸过其充分利用点至少 后方可弯起。 13.纵向受拉钢筋不宜在受拉区截断，如必须截断时，应延伸至该钢筋理论截断点以外，延伸长度满足 ；同时，当/c d V V V ≤时，从该钢筋强度充分利用截面延伸的长度，尚不应小于 ，当/c d V V V >时，从该钢筋强度充分利用截面延伸的长度尚不应小于 。 14.在绑扎骨架中，双肢箍筋最多能扎结 排在一排的纵向受压钢筋，否则应采用四肢箍筋；或当梁宽大于400㎜，一排纵向受压钢筋多于 时，也应采用四肢箍筋。 15.当纵向受力钢筋的接头不具备焊接条件而必须采用绑扎搭结时，在从任一接头中心 至 1.3倍搭结长度范围内，受拉钢筋的接头比值不宜超过 ，当接头比值为 或 时，钢筋的搭结长度应分别乘以1.2及1.2。受压钢筋的接头比值不宜超过 。 16.简支梁下部纵向受力钢筋伸入支座的锚固长度用s l α表示。当/c d V V V ≤时，

钢筋混凝土非线性分析第一次大作业

Harbin Institute of Technology 钢筋混凝土结构非线性分 析课程作业 院系： 姓名： 学号: 时间： ?哈尔滨工业大学

基于Opensees 钢混柱结构滞回曲线比较分析 一、试验资料 本实验结构如下图所示，柱净高850mm ，截面尺寸为250*250mm mm ，采用40C 混凝土材料，受力纵筋采用335HRB ，箍筋采用235HPB 。柱子采用6根直径为12mm 的335HRB 级钢筋，柱身箍筋采用直径6mm 的235HPB 级钢筋，箍筋间距为50mm 。混凝土保护层厚度为25mm 。竖向施加760KN 荷载，轴压比为0.268。 混凝土强度： 钢筋力学性能：

试验测得的滞回曲线： 二、Opensees建模过程 1、主程序 wipe; source Units.tcl; source GeometricParameters.tcl; source Material.tcl; source FiberSection.tcl; source Elements.tcl; source RecorderRC.tcl; source PointGravityLoad.tcl; source Ex4.Portal2D.analyze.Static.Cycle.tcl; 2、定义量纲 set NT 1.0; set mm 1.0; set sec 1.0; set kN [expr 1000.0*$NT]; set MPa [expr 1.0*$NT/pow($mm,2)]; set m [expr 1000.0*$mm]; set mm2 [expr $mm*$mm]; set mm4 [expr $mm*$mm*$mm*$mm]; set cm [expr 10.0*$mm]; set PI [expr 2*asin(1.0)]; set Ubig 1.e10; set Usmall [expr 1/$Ubig]; puts "|| Units defined completely ||" 3、定义节点 model BasicBuilder -ndm 2 -ndf 3; node 1 0 0; # node#, X, Y node 2 0 $Lb;

混凝土结构设计原理试卷之计算题题库

1、某现浇多层钢筋混凝土框架结构，地层中柱按轴心受压构件计算，柱高H=6.4m ，承受轴向压力设计值N=2450kN,采用C30级混凝土，HRB335级钢筋，求柱截面尺寸（设配筋率 '0.01,1ρ?==），并试计算需配置的纵向受力钢筋。 （已知：214.3N/mm c f =，21.43/t f N mm =，' 2 300/y y f f N mm ==） 附表：钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数? 设配筋率' 0.01,1ρ?==，由公式知 32'' 2450101573540.9()0.9 1.0(14.30.01300) c y N A mm f f ?ρ?===+??+? 正方形截面边长396.7b mm ==，取b=400mm 。 （2）求稳定系数 柱计算长度0 1.0l H =，06400 16400 l b ==，查表得0.87?=。 （3）计算配筋 由公式知 32 '2' 24501014.34000.90.90.872803.3300 c s y N f A mm f ??--??=== 2、某梁截面尺寸b×h=250mm×500mm ，M=2.0×108N·mm ，受压区预先已经配好HRB335级受压钢筋2φ20（'s A =628mm 2 ），若受拉钢筋也采用HRB335级钢筋配筋，混凝土的强度等级 为C30，求截面所需配置的受拉钢筋截面面积s A 。 （已知：214.3N/mm c f =，2 1.43/t f N mm =，'2 300/y y f f N mm ==，1 1.0α=， ,max 0.55,0.399b s ξα==） 解：(1)求受压区高度x 假定受拉钢筋和受压钢筋按一排布置，则' 35mm s s a a == 0500mm 35mm 465mm s h h a =-=-=

1-非线性分析概述【ANSYS非线性分析】

第一章钢筋混凝土结构非线性分析概述 1.1 钢筋混凝土结构的特性 1.钢筋混凝土结构由两种材料组成，两者的抗拉强度差异较大，在正常使用阶段，结构或构件就 处在非线性工作阶段，用弹性分析方法分析的结构内力和变形无法反映结构的真实受力状况； 2.混凝土的拉、压应力-应变关系具有较强的非线性特征； 3.钢筋与混凝土间的黏结关系非常复杂，特别是在反复荷载作用下，钢筋与混凝土间会产生相对 滑移，用弹性理论分析的结果不能反映实际情况； 4.混凝土的变形与时间有关：徐变、收缩； 5.应力-应变关系莸软化段：混凝土达到强度峰值后有应力下降段； 6.产生裂缝以后成为各向异形体。 混凝土结构在荷载作用下的受力-变形过程十分复杂，是一个变化的非线性过程。 1.2 混凝土结构分析的目的和主要内容 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中新增的主要内容：(1)混凝土的本构关系和多轴强度：给出了单轴受压、受拉非线性应力-应变（本构）关系，混凝土二轴强度包络图、三轴抗压强度图和三轴应力状态破坏准则；（2）结构分析：规范概括了用于混凝土结构分析的5类方法，列入了结构非线性分析方法。 一、结构分析的基本目的：计算在各类荷载作用下的结构效应——内力、位移、应力、应变 根据设计的结构方案确定合理的计算简图，选择不利荷载组合，计算结构内力，以便进行截面配筋计算和采取构造措施。 二、结构分析的主要内容：（1）确定结构计算简图：考虑以下因素：(a)能代表实际结构的体形和 尺寸；(b)边界条件和连接方式能反映结构的实际受力状态，并有可靠的构造措施；(c)材料性能符合结构的实际情况；(d)荷载的大小、位置及组合应与结构的实际受力吻合；(e)应考虑施工偏差、初始应力及变形位移状况对计算简图进行适当修正；(f)根据结构受力特点，可对计算简图作适当简化，但应有理论或试验依据，或有可靠的工程经验；(g)结构分析结果应 1