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解決方案

建筑行業(yè)

編輯:超算網(wǎng)絡(luò )信息中心 信息來(lái)源:本站原創(chuàng ) 發(fā)布時(shí)間:2009年02月21日 瀏覽次

超算有限元分析系統SciFEA—建筑結構行業(yè)應用解決方案

1、行業(yè)計算模擬現狀

建筑結構工程作為最早期的工程學(xué)科之一涵蓋著(zhù)相當廣泛的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。從土木建筑、橋梁結構、水工結構,到公路、隧道、地下工程等方面都離不開(kāi)結構的設計與計算分析。計算模擬在這一領(lǐng)域起步最早、發(fā)展最快。國外大型模擬軟件大都是從滿(mǎn)足結構計算開(kāi)始的。目前,數值模擬在建筑結構行業(yè)發(fā)展的相當成熟,不僅有大量的通用模擬軟件、而且還有眾多的針對某個(gè)專(zhuān)業(yè)需求的數值模擬軟件可供選擇。但目前結構工程數值模擬方面主要的困難表現在以下兩個(gè)方面:一是物理場(chǎng)耦合分析開(kāi)發(fā)的難度大,很多方面工作才剛剛起步,如熱舒適環(huán)境優(yōu)化設計與火災熱影響分析、車(chē)輛橋梁耦合分析、風(fēng)橋耦合非線(xiàn)性分析、海洋結構海浪沖擊-海水腐蝕共同作用分析等。二是和建筑結構緊密相連的地基與基礎建模分析,國內外的很多工程往往因為地基和基礎處理的不正確而導致建筑結構工程的失效和破壞。萬(wàn)丈高樓平地起,地的問(wèn)題很復雜,性質(zhì)多變,在計算模擬上通過(guò)模型把握有不小的困難,需要綜合考慮的因素很多,這對計算模擬也提出了很大的挑戰。

2、解決方案

SciFEA軟件提供的固體彈性、彈塑性、粘彈性模塊、熱固耦合模型、孔隙介質(zhì)模型、結構單元(桿、梁、板、殼)、彈簧單元、傳熱模塊(穩態(tài)、瞬態(tài))、點(diǎn)對單元、接觸模塊、滲流模塊、流固耦合模塊等,可以直接滿(mǎn)足建筑結構行業(yè)上部結構、基礎、地基、地下結構等方面的計算需求。

超算科技針對結構中計算中、特別是結構地基與軟弱層方面模擬的復雜性,提供專(zhuān)業(yè)化軟件定制??梢阅M考慮不同的巖土結構、孔隙、密度、應力歷史、荷載特征、孔隙水及時(shí)間效應??梢詾橛脩?hù)提供的計算元素包括模擬原始地應力場(chǎng)、滲流場(chǎng);模擬復雜的地質(zhì)構造(地層、斷層、軟弱結構面)、巖層層狀模型;模擬施工過(guò)程和施工方法、分層分部位開(kāi)挖建造;模擬噴混凝土襯砌和錨桿、錨索、預應力錨索支護;模擬巖錨吊車(chē)梁施工及吊車(chē)荷載施加;模擬蝸殼混凝土回填施工;模擬各向異性和非均質(zhì)性;適應于巖土的多種屈服準則(Mises、Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、DPY準則、Zienkiewicz-Pande、廣義雙剪等常用函數和用戶(hù)自定義屈服函數)

超算,建筑結構行業(yè)應用解決方案

超算建筑結構行業(yè)解決方案

為滿(mǎn)足用戶(hù)大規模計算的需要,超算科技提供用戶(hù)定制化的并行計算模塊開(kāi)發(fā)和并行計算咨詢(xún)服務(wù)。并行計算可以根據用戶(hù)預算的情況提供基于機群的MPI并行和基于GPU的眾核并行兩種解決方案。

3、應用案例
地下廠(chǎng)房開(kāi)挖與建造過(guò)程模擬
某電站建設管理公司為優(yōu)化電站地下工程的設計和施工,需要模擬不同的施工工藝過(guò)程中的圍巖穩定狀態(tài),在保證安全的前提下為設計的優(yōu)化和施工程序的安排提供信息指導。
模擬計算遇到的主要困難包括考慮巖石層理結構橫觀(guān)各向同性彈塑性特征;需要考慮主變室及尾水隧洞所處巖層數條大的薄層對圍巖穩定的影響;如何有效處理大量錨桿支護對圍巖的力學(xué)作用;以及巖體滲流對圍巖穩定的影響。通過(guò)各向異性本構輸入、非匹配網(wǎng)格迭代計算、變形能體積平均化、生死節點(diǎn)等技術(shù)處理解決了計算中遇到的主要困難,為電站圍巖穩定性分析提供了有價(jià)值的參考。

洞室群結構三維有限元網(wǎng)格圖,建筑結構行業(yè)應用解決方案
洞室群結構三維有限元網(wǎng)格圖
軟弱結構面fj2、fj5、fj4部分網(wǎng)格圖,建筑結構行業(yè)應用解決方案
軟弱結構面fj2、fj5、fj4部分網(wǎng)格圖

空間等水頭面,建筑結構行業(yè)應用解決方案
空間等水頭面
巖溶管道橫剖面等水頭線(xiàn),建筑結構行業(yè)應用解決方案
巖溶管道橫剖面等水頭線(xiàn)

基礎沉降分析

中國建筑科學(xué)研究院地基研究所為考慮了塔樓-地基-基礎的相互作用,對地基沉降、地基反力、基礎片筏和塔樓梁、柱的變形和內力進(jìn)行模擬。要求計算模擬考慮地基正常固結土壓縮指數、天然孔隙比、壓縮模量、平面內不均勻時(shí)的有限壓縮模型計算;考慮地基超固結土壓縮指數、回彈再壓縮指數、天然孔隙比、回彈再壓縮模量平面內不均勻時(shí)的有限壓縮模型計算;實(shí)現用簡(jiǎn)化算法將有限元計算出的變形和反力采用結構力學(xué)方法疊加得到筏板基礎的彎矩分布和剪力分布。通過(guò)計算模擬開(kāi)發(fā)實(shí)現了塔樓-地基-基礎的相互作用,反映了上部結構對地基、基礎不僅是荷載關(guān)系,而且有很強的約束機制。

地基處理前的變形VS地基處理后的變形,建筑結構行業(yè)應用解決方案
地基處理前的變形VS地基處理后的變形

地基處理前的反力VS地基處理后的反力,建筑結構行業(yè)應用解決方案
地基處理前的反力VS地基處理后的反力

4、攜手計算

建筑結構計算在和地基、基礎結合,在和其他物理量耦合方面還依然存在許多挑戰性課題。超算科技將攜手廣大科技工作者和工程師結合理論、實(shí)驗和數值模擬共同面對這樣的挑戰。利用超算科技計算模擬技術(shù)積累,我們希望在以下具體的開(kāi)發(fā)方向上和您攜手進(jìn)行計算模擬分析與研究。
巖土與地下工程開(kāi)發(fā)利用中的數值模擬;
建筑物、構筑物和地基基礎的相互作用模擬;
巖土本構模型的研究與計算模擬分析;
建筑結構與各種荷載、質(zhì)量單元的相互耦合作用;
基于材料非線(xiàn)性的力學(xué)穩定性分析;
基于幾何非線(xiàn)性的動(dòng)力穩定性分析。

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