AUTOCAD VBA开发技术在有限元前处理程序中的应用

有限元前处理程序是有限元分析的得力助手和计算软件。运用当今世界上流行的面向对象的AutoCAD二次开发语言－AutoCADVBA编制有限元前处理程序，可快速形成包括有限单元网格，单元号码，节点号码三位一体的“有限元网络全图”，得到进行有限元分析所需的数据文件。编制程序的过程中，笔者深感AutoCAD VBA强大的编程功能，尤其是它为编程者提供了大量可调用的类库，为有限元前处理程序的开发降低了难度，节省了大量宝贵的时间。     

含排水孔裂隙岩体渗流与法向应力耦合的复合单元算法

提出了含排水孔裂隙岩体的渗流与法向应力耦合的复合单元算法。基于“空气单元”和“充填模型”,提出的复合单元耦合模型视排水孔和裂隙为虚拟的具有高空隙率的“充填介质”,采用复合单元前处理程序,排水孔和裂隙依据其具体位置和方位可自动离散模拟在复合单元内部,计算网格生成时无需考虑排水孔和裂隙的存在,网格划分不受限制。基于复合单元法,采用两场交叉迭代算法,建立了含排水孔裂隙岩体的渗流与法向应力耦合算法。此耦合算法不仅考虑了排水孔和裂隙中的渗流,而且考虑了排水孔和裂隙与相邻岩块之间的流量交换。通过复合单元和传统有限元两种数值模型进行简单算例分析,可知两种算法结果基本一致,进一步验证了提出的含排水孔裂隙岩体的渗流与法向应力耦合算法的有效性,同时可看出复合单元耦合模型的前处理简便快捷。     

复杂地下洞室群三维有限元网格剖分在CAD中的实现

选择AutoCAD软件作为三维有限元前处理平台,以图形交换文件DXF为基础,采用Fortran或VisualC 高级语言来读取、分析、处理数据文件,从而快速形成包括有限元网格、结点数、结点坐标、单元数、单元编码的三维有限元网格图,得到有限元分析的数据文件。通过图形的三维动态显示和观察,对有限元网格图形进行局部修改和调整,能够既快速又准确地实现复杂地下工程洞室群三维有限元网格离散,从而加快有限元分析的进程。     

数值流形方法的网格自动剖分技术及其数值方法

数值流形方法包含数学覆盖与物理覆盖双重网格，数学网格用以构造流形单元的插值函数，物理覆盖确定了流形单元的积分区域。数值流形方法的前处理一直是一个难题。讨论了数值流形方法的网格自动生成技术，解决了数值流形方法的前处理问题。无论是连续性材料还是非连续性材料，数学覆盖都保持不变，因此，借助现有的有限元技术生成数值流形方法的数学网格，利用面向对象的编程方法生成了数值流形方法的物理网格。实例应用表明，这种方法是可行的和有效的。     

混凝土局部损伤裂缝带模型研究

为消除混凝土开裂使有限元分析结果对单元网格尺寸产生的依赖性,在基于局部本构模型的材料非线性有限元分析中,建立了混凝土局部损伤裂缝带模型。结果表明：该模型所采用的三参数幂函数型拉伸损伤演化方程,可满足不同单元网格尺寸下应力-应变关系调整的需要;在局部损伤本构模型中引入断裂能和与单元网格尺寸相关的裂缝带宽度,可在保证断裂能客观性的前提下依据初始应力-开裂应变关系推导不同单元网格尺寸下的应力-开裂应变关系;提出基于异步粒子群智能算法的优化反演方法,可实现在有限元分析中依据应力-开裂应变关系自适应,从而确定不同单元网格尺寸下的模型参数。在ABAQUS软件平台上采用所建立的模型对算例进行了数值模拟,验证了模型的有效性与程序编制的正确性。     

方管圆管混合空间钢管节点承载性能的非线性分析

以圆管为弦管,方管(包括矩形管)为支管的混合空间钢管节点,构造新颖,受力复杂,其承载力设计和计算是工程师所关注和急需解决的问题。本文采用非线性有限元方法,选用四节点等参壳元,应用自动步长增量法求解方管圆管混合空间管节点轴向受力或平面外受弯的极限承载力。程序系统在移植ADINA程序的基础上,开发了可进行T型、X型、K型和TT型管节点有限元网格剖分的前处理程序CTUBE,并编写了AutoCADADS/RX应用程序显示管节点模型受荷后的变形和应力分布。本文通过大量算例分析,回归出相关承载力计算公式,供设计人员参考。     

有限元上限分析网格自适应方法及其工程应用

网格离散误差是有限元上限分析计算误差的主要来源。为了对计算网格进行优化,从而有效地降低数值离散误差,基于前沿推进网格划分技术并以单元内能量耗散率的相对大小为控制指标,提出了一种有限元上限分析的网格自适应策略。首先,引入前沿推进网格划分技术,实现在网格生成过程中对单元尺寸和形状的灵活控制;其次,将当前计算网格中各单元能量耗散率的相对大小转化为新计算网格中单元尺寸的分布信息,并以此指示新计算网格的生成,成功地实现了有限元上限分析计算网格的自适应优化;最后,通过算例分析验证了所提出方法的有效性。     

Local damage and crack band model for concrete

为消除混凝土开裂使有限元分析结果对单元网格尺寸产生的依赖性，在基于局部本构模型的材料非线性有限元分析中，建立了混凝土局部损伤裂缝带模型。结果表明：该模型所采用的三参数幂函数型拉伸损伤演化方程，可满足不同单元网格尺寸下应力-应变关系调整的需要；在局部损伤本构模型中引入断裂能和与单元网格尺寸相关的裂缝带宽度，可在保证断裂能客观性的前提下依据初始应力-开裂应变关系推导不同单元网格尺寸下的应力-开裂应变关系；提出基于异步粒子群智能算法的优化反演方法，可实现在有限元分析中依据应力-开裂应变关系自适应，从而确定不同单元网格尺寸下的模型参数。在ABAQUS软件平台上采用所建立的模型对算例进行了数值模拟，验证了模型的有效性与程序编制的正确性。     

AutoCAD及Visual Lisp语言在有限元前处理中的应用

工程中复杂的有限元网格即使是具有强大前处理功能的有限元软件，往往也难以得到满意的自动剖分，而在AutoCAD中绘制网格剖分图，再利用其二次开发语言从图形中获得有限元数值计算的数据，此方法可以建立各种复杂的网格剖分模型。本文利用Visual Lisp语言编制接口程序从平面网格剖分图中自动生成包含节点坐标、实体单元、接触单元及材料信息的数据文件。     

碾压混凝土温度场分析中层面模拟的复合单元法

碾压混凝土层面的模拟是温度场仿真分析中的难点。基于复合单元法的基本原理,建立针对碾压混凝土(RCC)温度场分析的复合单元模型。该模型前处理简便快捷,层面含于复合单元之中,划分网格时不予考虑,使网格的生成大大简化,减少了计算模型的规模。复合单元中可含有由层面分割而成的任意形状的子单元,每个子单元各有一组用于插值的映射节点温度,而层面上的温度值则由其相邻的2个子单元的映射结点温度计算得到。复合单元中映射子单元的结点温度求解过程与传统有限元法类似,不含层面的单元自动退化为常规有限单元,因而复合单元法计算程序可以方便地与传统有限元分析程序融合,简单模型算例验证了该算法的正确性。     

冷箱结构分析中Excel VBA技术的应用

利用有限元软件进行结构分析时,往往要花费较多的时间进行结构建模。设计方案一旦调整,对于计算模型的修改会十分繁琐,甚至会造成整个前期计算工作返工。对于某些特殊的结构形式,可以根据不同要求,利用Excel VBA技术编制程序,以文本文件格式生成可供有限元软件直接导入的命令流文件,完成建模和对结构施加荷载等分析过程。通过对某液态氮气、氩气、氧气储存装置(冷箱)的结构设计,验证该方法的可行性。实践证明,该方法可以在Excel程序界面对有限元软件命令流文件进行便捷的生成和修改,可大大节约进行结构分析所需的时间、提高设计效率、保证模型的准确性。     

AutoCAD二次开发在地基处理中的应用

通过AutoCAD二次开发,提取出地基处理施工图中的桩位信息及其编号,完成桩位信息及编号的配对,并将这些信息存储在数据库中,通过手工或者文件导入的形式将已经完成的桩编号输入到VBA编制的程序中,快捷方便地生成工程形象进度图。     

基于AutoCAD的VBA组件工程形象进度图的实现

通过AutoCAD自带的VBA,提取出地基处理施工图中的夯点信息及编号,完成夯点信息及编号的配对,并将这些信息存储在数据库中,将已经完成的夯点编号输入到VBA编制的程序中,从而快捷方便地生成工程形象进度图.     

钢筋混凝土模壳密肋楼盖的内力分析

文中用有限元方法建立模壳密肋楼盖的精确模型,自编具有计算与绘图功能的后处理程序,将有限元计算中离散了的单元重新组合,计算出板内主应力和组合截面内力,绘制出板的应力图,并做出板的内力分析。     

基于六节点三角形单元和线性规划模型的上限有限元研究

目前三节点三角形单元常用于极限分析上限有限元,该低阶单元在模拟岩土体失稳破坏时形成的剪切带和塑性区时精度较低。为此,在已有研究成果的基础上,将二阶的六节点三角形单元引入上限有限元,且在单元公共边设置速度间断线并建立线性规划模型,进一步将该单元的应用扩展到服从莫尔–库仑屈服准则的土体。通过对上限有限元进行理论推导并编制程序,利用典型算例研究屈服准则线性化和速度间断线辅助变量线性化对计算结果的影响,并与三节点三角形单元所得结果进行对比分析。研究表明,同等单元数目条件下六节点三角形单元应用于上限有限元能提高计算精度,不过对于某些破坏区域约束不太强烈模型而言,当速度间断线作用显著发挥时,采用三节点三角形单元也可获得良好的解答。     

裂隙岩体稳定/非稳定渗流数值模拟

 发展裂隙岩体稳定/非稳定的渗流数值模型,一方面,依照裂隙面的密度、产状、位置、大小和开度的统计分布规律,使用蒙特卡罗模拟技术将完整岩石切割为三维不规则块体集合。根据相邻块体单元间产生的裂隙单元,构建三维裂隙网络系统,并附加各裂隙单元的水力特性;另一方面,对裂隙单元进行三角形单元的有限元网格划分,运用变分原理导出裂隙单元的渗流有限元求解方程。采用离散元方法中的动态松驰技术,在无须组装整体渗透矩阵的情况下求解裂隙网格各结点的水头值。最后,通过典型算例验证程序的可靠性及适用性。     

浅埋隧道地表锚杆预加固的空间数值计算模型及分析

本文采用三维锚杆单元 ,建立了地表锚杆预加固浅埋隧道的空间耦合数值分析模型 ,编制了空间弹塑性有限元—无限元—锚杆单元耦合程序 ,并对相关工程实例进行了分析计算 ,得出了一些对工程设计和施工具有指导意义的结论     

钢管杆中刚性法兰的有限元分析

研究了钢管杆中刚性法兰的力学性能,应用ANSYS进行了非线性数值模拟,重点讨论了单元的选择、螺栓预紧力的模拟、弯矩的加载及接触分析中相关参数的设置问题。分析比较了法兰板厚度、主管厚度及肋板厚度对螺栓受力的影响。有限元分析结果表明刚性法兰节点中的螺栓在受力过程中明显弯曲。最后提出了计算螺栓轴力的新的旋转轴位置,可供实际工程应用参考。     

含复杂裂隙网络岩体渗流特性研究的复合单元法

研究含复杂裂隙网络岩体渗流特性的复合单元法，该方法首先利用蒙特卡罗方法随机生成符合给定概率分布特征的复杂裂隙网络；然后通过叟切和拓扑运算将各裂隙段置于常舰有限单元内部，形成内含由多个裂隙段分划而成的子单元的复合单元，根据推导的公式计算渗流场进而分析岩体的渗透特性。该方法具有以下几个主要特点：（1）可与传统的有限冗法融合;（2）可考虑每条裂隙的具体位置、产状、开度、长度和渗透性质；（3）可考虑岩石的渗透性及其与裂隙间的流量交换；（4）可计入不连通裂隙对渗流场的影响；（5）复合单元的拓扑信息由裂隙网络与常规有限单元边界的交切及其单元内部裂隙段的相互交切面生成，由于先没有考虑裂隙，故复合单元前处理简单。用复合单元法分析含复杂裂隙嘲络岩体的渗流行为及其渗流特性是一种新的数值模拟手段。算例分析表明该方法的可行性和有效性。     

钢结构高强度螺栓连接抗火性能的有限元分析

为研究钢结构高强度螺栓受拉与受剪连接的抗火性能,建立有限元分析模型。采用块单元,考虑几何非线性和材料非线性,及高强度螺栓连接安装、受力及受火过程,编制了有限元分析程序。通过与有关的试验结果对比,验证了有限元分析程序计算的准确性和可靠性。在利用程序进行大量参数分析的基础上,导出了钢结构高强度螺栓受拉与受剪连接的抗火临界温度实用计算公式,可供工程上高强度螺栓连接抗火设计采用。