【应用案例】地震作用下窗体结构破裂有限元分析

2017-01-23 by:CAE仿真在线来源:互联网

“我国房屋建筑中许多重要结构,如山墙等承重结构体,多为砖砌材料。而砖砌体等材质统称为岩石类材料,具有脆性性质,从而窗体结构承重墙整体上具有准脆性特性,在动力作用下容易发生脆性破坏。由于岩石类材料具有脆性性质和低抗拉特性,如果在强震动力作用下而承受拉应力状态的岩石类窗体结构,就极易发生拉张破裂,使得结构体沿着垂直主拉应力方向扩展破裂,形成不连续面,这就是脆性材料结构体拉张破裂的基本原理。传统的有限元计算法,是建立在连续性假设基础之上,不能模拟结构体拉张破裂后形成的不连续状态,所以不能直接处理结构体拉破坏问题,动力作用下非连续介质破坏的模拟研究更是甚少。而有限元语言是一种采用有限元方法求解偏微分方程的模型语言,采用这种语言编写有限元程序,其主要工作就是书写微分方程表达式及其有限元算法,然后由该语言的生成器自动产生某种高级语言的有限元计算程序。本文基于脆性材料拉张破裂判据,提出单元开裂准则,通过FORTRAN语言编写出三角形单元开裂贯通子程序。采用相对的方法,将地震加速度考虑为边界约束,根据牛顿第二定律,从而结构整体上施加一个反向作用力。基于动力开裂机理的研究,模拟窗体承重墙不同结构形式下动态应力场变化,并分析地震荷载瞬时拉张应力下的脆性破坏。通过对单窗体、双窗体和多窗体三种结构形式分析,在地震波加速度时程变化过程中,窗体结构体角点产生应力集中,其拉压应力值随之发生变化和重新分布。拉应力最大值点出现开裂,并且地震加速度值越大,拉应力水平就越高,最终产生初始的拉张裂纹,随着拉张区域的扩展,裂纹向结构内部延伸,呈现X形的拉张裂纹纹理,导致窗体结构破坏。”

出处:辽宁工程技术大学硕士学位论文,2011

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