非线性有限元在结构分析中的应用综述

非线性有限元在结构分析中的应用综述摘要：钢筋混凝土结构在土木工程中应用越来越广泛，随着理论讨论的进一步深化和电子计算机的飞速进展，钢筋混凝土非线性有限元法得到了迅速的进展，尤其近几年来，在结构分析领域，钢筋混凝土非线性有限元法的应用日趋普遍。因为非线性有限元法具有“全过程仿真”的特点，对于钢筋混凝土这种应用最为广泛而又复杂的结构更是有着其他方法无法比拟的优势。从钢筋混凝土非线性有限元分析理论及其在结构工程中的应用说明了钢筋混凝土非线性有限元分析已成为结构分析中不可或缺的关键部分。关键词：结构分析;非线性;仿真;有限元分析钢筋混凝土结构是土建工程中应用最为广泛的一种结构。但是对钢筋混凝土的力学性能掌握的还不够全面，特别是混凝土。因为混凝土成分复杂、性能多样。长期以来，人们用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的应力或内力，以极限状态的设计方法确定构件的承载能力、刚度、和抗裂性，显然二者是互不协调的。非线性有限元分析就是结合钢筋混凝土特点而新进展起来的一种弹塑性分析方法。有限元分析方法能够给出结构内力和变形进展的全过程;能够描述裂缝的形成和扩展，以及结构的破坏过程及其形态;能够对结构的极限承载能力和可靠度作出评估;能够揭示出结构的薄弱部位和环节，以利于优化结构的设计。同时，它能广泛地适应于各种结构类型和不同的受力条件和环境。一、有限元方法进展概况最早把有限元分析方法用于钢筋混凝土结构的是美国学者 D.Ngo 和A.C.Scordelies，在他们的讨论中，沿用已有的有限元方法，将钢筋和混凝土均划分为三角形单元，用线弹性理论分析钢筋和混凝土的应力;并针对钢筋混凝土结构的特点，在钢筋和混凝土之间附加了一种粘结弹簧，从而可以分析粘结应力的变化;对于裂缝，他们根据实验，预先设置了一条剪切斜裂缝，裂缝间也附加了特别的连结弹簧，以模拟混凝土裂缝间的骨料咬合力和钢筋的销栓作用。1968 年，Nilsson 等人进展了 Ngo 的工作，将钢筋与混凝土之间的非线性粘结关系及混凝土的非线性应力应变关系引入有限元分析。目前，结构有限元分析已进入大型的动力分析阶段，有些国际法律规范开始引入非线性有限元分析。二、钢筋混凝土结构非线性有限元分析的模式通常构成钢筋混凝土有限元分析的模型主要有三种形式：分离式、组合式和整体式。分离式模型是把钢筋和混凝土分别作为不同的单元来处理。即钢筋和混凝土各自被划分为足够小的单元。在平面问题中混凝土可划分为三...