摘要：　为了考察ABAQUS显式分析方法在钢筋混凝土结构上应用的适用性和准确性,用显式与隐式两种分析方法对迭代算法和求解时间进行了对比,并且对钢筋混凝土悬臂梁分别进行了隐式和显式模拟分析。用结果曲线详细地对比可知,显式分析方法能够在解决材料失效和破坏导致的收敛问题的基础上,较为准确地模拟钢筋混凝土结构响应。最后,给出了采用显式分析参数定义时的注意事项及判定分析结果稳定性的方法。

ABAQUS 主要有两种求解模块: ABAQUS/Standard和ABAQUS/Exp licit,这两种模块均可可进行非线性分析模拟。ABAQUS/Exp licit是ABAQUS/Standard的一个子集,利用对时间的显式积分求解动态有限元方程,适合于分析冲击、爆炸等短暂瞬时的动态事件,对高度非线性问题也非常有效,如模拟加工成型过程中改变接触条件的问题[ 1 ] 。合理选取求解模块有利于快速而精确地实现非线性有限元的模拟,达到计算机仿真模拟的目的。

对于钢筋混凝土这一复合材料,由于混凝土抗拉强度较低,而混凝土的开裂常导致有限元分析模拟中结构负刚度的出现,此时若采用隐式分析方法进行求解,将产生严重的收敛困难、大大增加计算成本和计算时间。因此,在保证结果正确性的情况下,可考虑采用显式分析方法来进行求解。本文通过对隐式求解和显式求解这两种分析方法在理论计算方法上的对比和钢筋混凝土悬臂梁分析模拟结果的对比,研究了显式分析方法在钢筋混凝土结构中的适用性和准确性,并给出了保证显式分析结果稳定性和正确性的参数定义要点和判断方法。

1 显式分析与隐式分析理论对比

1. 1 迭代算法

对于显式和隐式两个时间积分过程,平衡是以外力、单元内力和节点加速度的形式定义的。为了确定单元内力,两种算法都求解节点加速度,区别在于计算节点加速度的方式。

1.1.1 显式算法基于动力学方程,无需迭代

动态显式算法采用动力学方程的时间差分格式,不用直接求解切线刚度,不需要进行平衡迭代,计算速度快,时间步长只要取得足够小,一般不存在收敛问题。因此,需要的内存也比隐式算法要少。但显式算法要求质量矩阵为对角矩阵,而且只有在单元级计算尽可能少时速度优势才能发挥,往往采用减缩积分方法,因而该求解算法容易激发沙漏模式、影响应力和应变的计算精度。

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ABAQUS显式分析方法在 钢筋混凝土结构中的应用