【應用案例】地震作用下窗體結構破裂有限元分析

2017-01-23 by:CAE仿真在線來源:互聯網

“我國房屋建筑中許多重要結構,如山墻等承重結構體,多為磚砌材料。而磚砌體等材質統稱為巖石類材料,具有脆性性質,從而窗體結構承重墻整體上具有準脆性特性,在動力作用下容易發生脆性破壞。由于巖石類材料具有脆性性質和低抗拉特性,如果在強震動力作用下而承受拉應力狀態的巖石類窗體結構,就極易發生拉張破裂,使得結構體沿著垂直主拉應力方向擴展破裂,形成不連續面,這就是脆性材料結構體拉張破裂的基本原理。傳統的有限元計算法,是建立在連續性假設基礎之上,不能模擬結構體拉張破裂后形成的不連續狀態,所以不能直接處理結構體拉破壞問題,動力作用下非連續介質破壞的模擬研究更是甚少。而有限元語言是一種采用有限元方法求解偏微分方程的模型語言,采用這種語言編寫有限元程序,其主要工作就是書寫微分方程表達式及其有限元算法,然后由該語言的生成器自動產生某種高級語言的有限元計算程序。本文基于脆性材料拉張破裂判據,提出單元開裂準則,通過FORTRAN語言編寫出三角形單元開裂貫通子程序。采用相對的方法,將地震加速度考慮為邊界約束,根據牛頓第二定律,從而結構整體上施加一個反向作用力。基于動力開裂機理的研究,模擬窗體承重墻不同結構形式下動態應力場變化,并分析地震荷載瞬時拉張應力下的脆性破壞。通過對單窗體、雙窗體和多窗體三種結構形式分析,在地震波加速度時程變化過程中,窗體結構體角點產生應力集中,其拉壓應力值隨之發生變化和重新分布。拉應力最大值點出現開裂,并且地震加速度值越大,拉應力水平就越高,最終產生初始的拉張裂紋,隨著拉張區域的擴展,裂紋向結構內部延伸,呈現X形的拉張裂紋紋理,導致窗體結構破壞。”

出處:遼寧工程技術大學碩士學位論文,2011

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