在基于实验结果的钢混凝土复合梁的动态计算过程中,有限元素方法和刚性有限元素方法的比较
Małgorzata Abramowicz1, Agnieszka Pełka-Sawenko1
1Faculty of Civil and Environmental Engineering, West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Al. Piastów 17, 70-310 Szczecin, Poland.
刚性有限元素方法 (RFEM) 为钢混凝土复合结构的动态分析提供了一个比有限元素方法 (FEM) 更快,更准确的替代方案. RFEM实现了更好的自然频率匹配,并将计算时间减少了65%.
科学领域:
- 结构工程 结构工程
- 计算力学 计算力学 计算力学
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 钢混凝土复合结构的动态分析对于桥梁和地板的安全性和舒适性至关重要.
- 为动态分析选择准确的数值方法是一个重大挑战.
- 对于这些结构,有有限的有限元素方法 (FEM) 和刚性有限元素方法 (RFEM) 的比较研究.
研究的目的:
- 为了比较FEM和RFEM在钢混凝土复合结构的动态分析中的有效性.
- 对实验结果进行数值模型的验证.
- 确定影响动态行为的关键参数,例如混凝土板的Young模量和连接刚度.
主要方法:
- 使用Abaqus,Python和Matlab开发FEM和RFEM模型.
- 开发模型的实验验证.
- 分析自然频率,包括扭矩,轴向和曲模式.
- FEM和RFEM之间的计算时间和精度的比较.
主要成果:
- 无论是FEM还是RFEM,都与动态分析的实验结果密切匹配.
- 与FEM (3-4%的偏差) 相比,RFEM在匹配自然频率 (2-3%的偏差) 中表现出更高的准确性.
- RFEM显著减少了大约65%的计算时间,提高了适用于大规模应用的适用性.
结论:
- 钢混凝土复合结构 (RFEM) 是一种计算效率高且准确的方法,用于对钢混凝土复合结构进行动态分析.
- 由于其更密集的元素网格,FEM为局部效果提供更高的分辨率.
- 这些发现支持RFEM在动态负载下的结构设计和发展结构健康监测 (SHM) 中的应用.
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