有限元分析论文精选(九篇)

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第1篇：有限元分析论文范文

关键词：提单；法律功能；基本原则

引言：自欧洲早期航海贸易从船商合一到船商分离，出现提单雏形起，提单己在海上货物运输中使用了很长的历史。17世纪，为解决因货物通过海运时间长，不便商人处分货物的矛盾，在贸易领域逐渐承认提单可以直接代表运输途中的货物，转让提单具有转让货物一样的效力，处分提单等于处分正在海上运输途中的货物。现代意义的提单就这样顺应航海贸易的发展而出现了，其被赋予了货物收据、运输合同证明及保证据以交付货物的功能。国际贸易的发展推动提单的发展，而提单功能的完善使国际货物买卖实现了由实物交易到单证交易过渡，国际贸易因此蓬勃发展，进而又促进了海上货物运输事业的繁荣。提单成为国际贸易与海上货物运输中最重要的单证之一。

一、提单的定义

提单是海上货物运输特有的重要运输单证。英美等国将海陆空运单据通称提单，当专指海运时则称为海运提单，英国船运法规定，提单是由船东或其他人所签发的文件，该文件确认货物装上何船并驶往何港，以及运输装船货物的若干条件；在德国，提单是承运人接受承运货物的书面证明，承运人通过提单承担将接管的货物依其所证明的状况运至目的地，并根据提单的内容交付货物的义务。在台湾地区，海运提单称作载货证券，载货证券为运送人或船长于货物装载后、同托运人之请求发给托运人、承认货物业已装船，约定运送期间权利义务及领受货物之特种有价证券。简言之，载货证券为一种货物已上船之书据。它是海上货物运输合同的证明及承运人收受或装载货物的文件。缴回该文件时，承运人应交付货物；提单条款内所载的人或所指定或持有提单人请求交货时，承运人即有交付货物的义务。

《联合国1978年海上货物运输公约》（《汉堡规则》）第1条规定：“提单是指一种用以证明海上货物运输合同和货物由承运人接管或装船，以及承运人据以保证交付货物的单证。单证中关于货物应交付指定收货人或按指示交付，或交付提单持有人的规定，即构成了这一保证”。

我国《海商法》第71条对提单所作的解释是：“提单，是指用以证明海上货物运输合同和货物已经由承运人接收或者装船，以及承运人保证据以交付货物的单证。提单中载明的向记名人交付货物，或者按照指示人的指示交付货物，或者向提单持有人交付货物的条款，构成承运人据以交付货物的保证”。

通过比较，不难发现，两者的内容是基本一致的。它们都概括了提单的本质属性，即：证明海上货物运输合同，证明承运人接管货物或货已装船和保证据以交付货物。提单的上述本质属性则决定了提单在海上货物运输关系中的法律地位。

二、提单的法律功能

一位著名的英国法官曾说：国际贸易像一张网，提单是这张网的中心。这高度概括了提单在国际贸易中的重要地位。从上述提单的定义和它的由来不难看出，提单具有如下三个基本法律功能，而这些构成其法律地位的核心内容：

（一）提单是承运人出具的已接收货物的收据

提单是承运人应托运人的要求签发的货物收据，以此确认承运人己收到提单所列的货物。无论是《海牙规则》还是我国《海商法》均规定，承运人对于非集装箱运输货物的责任期间是从“货物装上船时起”，并在货物装船后签发“己装船提单”，表明“货物己处于承运人掌管下”，所以提单具有货物收据的性质。但是，提单的货物收据的属性，在班轮运输的实践中，通常不以将货物装船为条件。通常的作法是，当托运人将货物送交承运人指定的仓库或地点时，根据托运人的要求，先签发备运提单，而在货物装船完毕后，再换发已装船提单。

提单中属于收据性的内容主要是提单下面所载的有关货物的标志、件数、数量或重量等。当提单在托运人手中时，它是承运人按照提单的上述记载收到货物的初步证据。原则上承运人应按照提单所载事项向收货人交货。但允许承运人对货物的真实情况在提单上进行批注，并允许承运人就清洁提单所列事项以确切的证据向托运人提出异议。当提单转让给善意的受让人时，除非提单上订有有效的“不知条款”，承运人对于提单受让人不能就提单所载事项提出异议。此时，提单不再是已收到货物的初步证据，而是已收到货物的最终证据。

（二）提单是承运人与托运人之间订立的运输合同的证明

提单不仅包括上述收据性的内容，而且还载明一般运输合同所应具备的各项重要条件和条款，这些内容从法律上讲，只要不违反国家和社会公共利益并不违背法律的强制性规定，对承运人和托运人就应具有约束力。同时，当承、托双方发生纠纷时，它还是解决纠纷的法律依据。基于这些原因，可以说提单在一定程度上起到了运输合同的作用。但是，由于提单是由承运人单方制定，并在承运人接收货物之后才签发的，而且在货物装船前或提单签发前，承、托双方就已经在订舱时达成了货物运输协议。所以，它还不是承运人与托运人签订的运输合同本身，而只是运输合同的证明。原则上，提单上的条款应与运输合同相一致：当它与运输合同的规定发生冲突时，应以后者为准，

另外，为了保护善意的提单受让人的利益，也为了维护提单的可流通性，我国《海商法》规定：“承运人同收货人、提单持有人之间的权利、义务关系，依据提单的规定确定”。也就是说，一旦提单流转到运输合同当事人以外的收货人或提单持有人手中时，提单可成为海上货物运输合同本身，但它此时是个新的合同，其效力优于先手存在于承运人和托运人之间在订舱时达成的协议。在托运人和承运人之间，如果他们在货物装船之前还订有运输协议或签有其他书面文本，提单就是他们合同关系成立的证明，而不是合同本身，其权利义务关系依运输合同。但在托运人之外的收货人或提单持有人与承运人之间，法律直接将提单认定为书面合同，不需要当事人再去约定，其权利义务关系依海商法的相关法律规范。由此，提单若为托运人持有，那么他和承运人之间便具有以提单为证明的约定运输合同关系；提单若为托运人之外的第三人合法持有时，该第三人与承运人之间形成的则是以提单为文本的法定合同关系。明确这一问题的法律意义是：海商法在两种情况下对提单的性质和作用等作出了规定，不论是承运人和托运人之间，还是承运人和提单持有人之间，他们总是一种海上货物运输合同关系。区别仅在于前者属于约定的合同关系，后者属于法定的合同关系。

（三）提单是承运人船舶所载货物的物权凭证

提单使其持有人有权提取货物，同时也能用以代表货物，处分提单就相当于处分了仍在海上的货物。由此在法律上可以反映为这样的概念，持有提单事实上就意味着对货物的支配，这是对货物占有权利的一种体现。在海上货物运输过程中，运输本身无非就是占有的转移，提单在一定的意义上，充当了作为承运人识别占有人凭证的作用；在国际贸易中，提单成为货物的象征，以单据交付作为交付货物的有效证明，同样也反映了提单交付就是占有的转移。当然提单只是拟制为货物，因而它所标示的也只是一种“拟制占有”，即拟制为对海上运输运送物的占有。

对于提单的这个法律功能，我国《海商法》第71条规定：“提单中载明的向记名人交付货物，或者向提单持有人交付货物的条款，构成承运人据以交付货物的保证”。

三、提单法律功能适用的基本原则

提单在远洋运输和国际贸易中都发挥着重要作用，围绕提单可能发生纠纷也是多种多样的，主要涉及提单的债权关系、提单的物权关系以及提单法律行为的效力等等。而通常所说的提单的准据法多指的是提单债权关系的准据法，这是由于现实中关于提单的立法多集中在提单的债权关系方面，此外，关于提单的公约以及不少国家关于提单的立法也多集中在提单的债权制度方面。

（一）内国强制性规则最为优先

一般海上货物运输的国际公约和国内涉外法律都会有专门的条款规定本法的适用范围。例如波兰海商法规定，本法是调整有关海上运输关系的法律；我国海商法第2条也相应规定了本法的适用范围。但这些条款都是国际私法意义上的法律适用条款，并没有规定哪些案件必须适用本法。但也有国家直接在本国海上货物运输的法律中适用单边冲突规范的形式规定了法律适用规范，其中主要是由于某些参加国际公约的国家为使公约生效，将公约的内容列入各自的国内立法，在二次立法的过程中，往往根据本国的具体情况，对其法律的适用范围作出不同于公约规则本身规定的法律适用范围的强制性规定。

英国1924年《海上货物运输法》第1条规定，除本法另有规定的外，以英国港口为航次起运港的所有出口提单均适用该法。英国1971年海上运输法也相应地把原来只管辖与适用出口签发的提单的条款改为也适用进口。

美国1936年的《海上货物运输法》的规定，对外贸易中作为进出美国港口的海上货物运输合同的证据——提单或其他权利单据受本法的约束。除美国外，类似的国家如比利时、利比里亚、菲律宾等，只要外贸货物运输是进出其国内港口的，提单就须适用其国内法化的海牙规则，而不论提单签发地是否在缔约国。因此这类国家法院在审理以上所言及的法律所规定的某些案件时，是直接适用这些法律适用规范所指向的国内法，一般是排除当事人的选择和其它法律适用原则的，因此具有强制性，当事人不能通过任何手段排除其适用。

这类国家在依据所缔结或加入的国际公约制定内国法时，同时也是在履行公约规定的义务，因此制定这些强制性法律适用规范，并没有违反公约的规定，只是在一定程度上扩大了国际公约的适用范围。

（二）缔约国法院优先适用国际公约原则

关于提单的三个公约均是实体法性质的国际公约，公约既然是国家制定的，按照“合约必须遵循”的原则，缔约国负有必须实施其所缔结的国际公约的责任。缔约国在其域内实施其所缔结的统一实体法公约，在许多情况下都意味着缔约国的法院必须对于符合条件的案件适用该国公约。当然也有例外。某些国际公约规定合同当事人可以全部或部分排除该公约的适用。但是有关提单的三个公约没有“当事人意思自治”的条款，在法律效力上，它们属于具有强制性的国际统一实体法规范，缔约国的法院有义务对符合公约适用条件的案件优先适用公约，在这种情况下，缔约国的法院是排除当事人选择的其它法律的。

（三）当事人意思自治原则

当事人意思自治原则，是指当事人可以通过协商一致的意思表示自由选择应适用的法律。大多数国家在一般情况下是承认这种条款的效力的。单据的流转是海上运输的一个特点，因此承运人不可能和每个有关的当事人都一起协商法律适用条款，各国制定有关的法律和缔结国际公约，规定了承运人的义务和责任，在很大程度上就是为了限制承运人的缔约自由，从而保护货主的利益，因此没有必要再去否定提单上的法律选择条款。对于交易而言，法律关系的稳定性比公平性更加重要。提单条款虽是格式条款，但都是公布在外的，托运人或提单持有人并非不能知道该条款，无法表达对争议解决条款的意思。而且与提单的交易流转结合起来，提单持有人和收货人虽然没有与船方协商争议解决条款，但可以通过与托运签订买卖合同开具信用证时，就签发何种提单作出约定，从而表达其对解决争议的意思。在我国，根据国内外国际私法理论、立法及司法实践，对该原则应从以下几个方面加以限制，并应据此确定当事人选择法律的效力。

1、法律选择的方式

当事人选择法律的方式有明示法律选择和默示法律选择两种。前者是指当事人双方以合同中的法律选择条款或合同之外的专门法律选择协议明确表达有关法律选择的意图，这种方式已为各国普遍接受。后者是指当事人通过合同条款或其行为表达的有关选择法律的暗示。

为了避免法官在推定当事人选择法律的默示意思时过于主观臆断，最近许多国家的立法和一些国际条约的发展趋向是对默示选择加以限制，要求必须在事实十分明显或者在确定的条件下才得推定当事人的意思。如1985年《海牙公约》第7条第1款规定：“当事人选择协议必须是明示的或者从合同的当事人的行为整体来看可以明显地推断出来”。

2、选择法律的时间和范围

一般来说各国立法以及实践不仅允许双方当事人在订立合同时进行法律选择，而且也允许在争议发生后，法院开庭审理前，甚至直到判决前再选择法律.同时也允许当事人协议变更以前所选择的法律，但要此时选择的法律不能影响合同的形式效力，或第三人的利益。对此，我国《最高人民法院关于适用“涉外经济合同法”若干问题的解答》仅允许当事人在订立合同时，法院开庭审理前选择法律。。笔者认为，这一时间应从当事人订立合同时延长到法院判决前，而且在满足上述条件的情况下可以变更所选择的法律。在涉外合同冲突法中，我国同国际上的普通做法一致，不接受反致。故国际海上货物运输合同当事人选择法律当然仅指所选国家法律中的现行的实体法，不包括其冲突法。

3、选择法律的空间范围

选择法律的空间限制是指，当事人所选择的法律必须与合同或当事人之间有一定的客观上的联系，否则当事人的选择无效。波兰、葡萄牙、西班牙等国家的法律都有此种要求。美国1971年《第二次冲突法重述》也强调：允许当事人在通常情况下选择准据法，并不等于给他们完全按照自己的意愿去缔结合同的自由。当事人选择法律时，必须有一种合理的根据，而这种合理的根据主要表现为当事人或合同与所选法律之间有着重要的联系，即合同或在那里缔结，或在那里履行，或合同标的位于该地，过当事人的住所、居所、国籍、营业地在该地。否则，选择应被法院认为无效。而在美国司法实践中，只要当事人的选择是善意的、合法的、不存在规避公共政策的意图，当事人可以选择与合同没有客观联系的法律。日本、泰国、奥地利、比利时、丹麦、德国、瑞士等国的立法，也没有这种限制。

此外，1978年的《海牙法律适用公约》、1980年欧共体《关于合同义务法律适用公约》和1986年《海牙国际货物销售合同适用法律公约》。也没有禁止当事人选择与合同无客观联系的法律。对于该问题，我们认为应当允许当事人自行选择任何一国法律来制约其合同。尤其对海上货物运输合同而言，它所涉及的国家和地区较多，海商法和一般的民商法相比，又具有很强的涉外性、技术性和专业性，只要当事人不存在规避法律的意图，允许他们选择某一更加完备且为双方熟悉的第三国法律来决定其权利义务，不仅有利于当事人达成协议，也可以更好地体现意思自治原则的优越性。实际上，我国海事司法实践对当事人选择法律也无特别的空间上的限制。如1995年“全国海事审计工作（宁波）研讨会纪要”写道：“根据海商法第269条的规定应承认提单中约定的适用法律条款，在具体适用时应受当事人提供证据的制约”。

（四）最密切联系原则

最密切联系原则是指选择与合同有最密切联系的国家的法律作为合同的准据法。该原则是在批判传统冲突规范的机械性、僵硬性的基础上产生的，与传统的冲突规范相比具有灵活性，有利于案件公正、合理地解决，然而，由于“最密切联系原则”这一概念本身的抽象与模糊，若不对该原则进行适当的限制，就无法减少或避免法官自由裁量权的滥用。这同样也是不利于案件公正合理地解决的。因此在运用“最密切联系”原则时，要尽可能做到既能防止法官自由裁量权的滥用又能保证案件处理的公正合理。我国海事法院在审理涉外提单纠纷案件时，经常适用“最密切联系”原则，但在运用此原则确定提单应适用的法律时，却有较大的随意性，有的案例中仅写明：“原告与被告未在合同中约定解决纠纷所适用的法律，应适用与合同最密切联系的国家的法律解决本案纠纷。由于本案货物运输目的港是中国汕头港，故本案适用中国法律。”也有案例只是简单地写明：“综合考虑，中国与本案合同纠纷的联系最密切，因此，应适用中华人民共和国法律处理本案。”

对于海上货物运输合同或提单法律关系不同国家的法律或国际公约在运用“特正性履行”的方法适用“最密切联系”原则结果都不同。如1975年《德意志民主共和国关于国际民事、家庭和劳动法律关系以及国际经济合同适用法律的条例》第12条规定，对于货物运输合同、承揽运送合同，其合同应当分别适用运输人、承运人的主营业所所在地的法律。但也有的法律对运用“特征性履行”方法对海上货物运输合同的法律适用进行的推定，规定了较严格的条件，如欧共体于1980年在罗马签定的《欧洲经济共同体关于合同义务的法律适用公约》第4条规定，货运合同在订立时，承运人的主营业所所在国也是装货地或卸货地所在国，或者也是承运人的主营业所所在国，应推定这个国家为与该合同有密切联系的国家。我国法律则对海上货物运输合同和提单的法律适用未进行推定，因此法院对此类案件在适用“最密切联系”原则时仍有较大的自由裁量权。超级秘书网

大多国家的提单纠纷案件可适用的往往只有其中几种，但在考虑如何适用时的顺序却是一致的。根据我国《海商法》的规定，我国目前提单法律适用的原则主要是“当事人意思自治原则”和“最密切联系原则”，那么在审理提单纠纷案件时，首先考虑适用的就是“当事人意思自治原则”，在当事人未就法律适用达成一致时，再考虑“最密切联系原则”。此外，如果我国将来加入有关的国际公约，则还要承担相应国际公约的义务。超级秘书网

结束语

提单的法律功能涉及到提单的国际公约，各国国内海事立法等。虽然世界各国尤其是西方重要的海运大国在解决提单法律适用纠纷方面已经逐渐以判例或成文法的形式给我们提供了相对成熟、先进的成例，对我国的航运实践以及司法实践都有很好的借鉴作用。但是毕竟各国在制定其海事法律时，更多的是从其本身的政治、经济等利于本国的诸因素来考虑的，各国的政治经济背景不同，制定出来的海事法律也不尽相同，仅靠各国制定各自的冲突规则来解决海上货物运输的法律冲突问题已不能符合日益发展的海事法律关系的需要。海事冲突法、海事实体法的统一是国际海事法发展的必然趋势。

参考文献

[1]杨良宜：《提单及其付运单证》，北京：中国政法大学出版社，2001年版。

[2]蔡镇顺：《国际商法研究》，北京：法律出版社，1999年版。

[3]司玉琢：《国际海事立法趋势与对策研究》，北京：法律出版社，2000年版。

[4]郭瑜：《提单法律制度研究》，北京：北京大学出版社，1997年版。

[5]司玉琢：《海商法学案例教程》，北京：知识产权出版社，2003年版。

[6]郭国乡：《提单法律适用条款与首要条款若干问题研究》，载《海商法研究》，2000年第1期。

[7]许俊强：《论海事国际公约的适用》，载《人民司法》，2003年第11期。

[8]王国华：《论国际海上货物运输合同的法律选择》，载《海商法研究》，1999年第1期。

[9]李守芹：《海事审判中国际公约适用的相关问题》，载《人民司法》，2004年第2期。

第2篇：有限元分析论文范文

关键词：分层总和法 Drucker-Prager模型 地基沉降

1.概述

有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。有限元分析方法可以利用简单而又相互作用的单元元素，用有限数量的未知量去逼近无限未知量。尤其近年来，广大学者不停的完善有限元中各个模型的参数，使其能更加准确且广泛的应用于各个行业领域。同时，利用有限元分析方法分析并解决土木工程上的问题也得到越来越广泛的应用。利用有限元分析的方法来分析地基的沉降可以预测并防治地基沉降带来的危害[1]，将有限元分析方法应用在地基沉降中的重要前提是建立与当地地基沉降相符的模型，从而确保分析结果的可靠性。本文以内蒙古110国道为依托，建立适合于分析内蒙古地区110国道的沉降有限元模型，以供对其进行改建等工程时进行相对准确的使用及分析。

内蒙古地区110国道路线带主要地貌为低山丘陵、熔岩台地和盆地型地貌单元，地势陡缓相接呈波状起伏。地质构造较为单一，地基以粉土、砾砂、中砂为主，软土地基段较少且软土段土层较浅。其地基土黏聚力c=4.77～35.38Kpa，内摩擦角φ=1.06～31.10°。本文主要以此段国道常见地质条件分析，软土地段施工时已采取换填等施工技术，故不单独考虑。

2. 分层总和法计算地基总沉降

2.1几点假定

分层总和法是将地基土分成若干一定厚度的水平土层，先计算每层土体的压缩量S，最后将各层累计作为总的土体沉降量。但是，在应用分层综合法计算沉降量的时候为了应用相关附加应力公式以及室内压缩试验的数据指标，需要对地基土体作下列假定：

（1）地基土为一均匀、等向的半无限空间弹性体；

（2）地基土的变形条件，为侧限条件；

（3）沉降计算的深度，理论上应计算至无限深，实际情况中附加应力扩散随深度而减小，根据压力减小情况，本文计算至30米深度。

2.1分层总和法计算过程

分层总和法在计算沉降量时只能对某点进行计算，本文在计算时选取了地基沉降量最大的点，即路基中心处对应的地基进行沉降量计算。结合传统分层总和法中的规范法[2]及相关学者所做研究 [3]，选取适合道路荷载方式的附加应力公式：

σz=

式中：αs1、αs2分别为大、小三角形的应力系数。

通过设计资料及土工试验，确定孔隙比变化范围，根据计算，得到路基中心点地基30米深度内沉降值为1.58cm。

地基沉降计算过程如下表，表中Si= hi

表 1 沉降计算表

深度 土层厚度m 平均

自重应力 平均

附加应力 总应力平均值 受压前

孔隙比 受压后

孔隙比 沉降量m

1 1 9 126.4 135.4 1.0510 1.0470 0.001950

5 4 54 119.95 173.95 1.0500 1.0450 0.009756

10 5 149 106.85 255.85 0.5930 0.5925 0.001569

15 5 258 98.2 356.2 0.5926 0.5923 0.000941

20 5 358 82.35 440.35 0.5923 0.5921 0.000628

25 5 458 62.15 520.15 0.5917 0.5915 0.000628

30 5 558 35.05 593.05 0.5913 0.5912 0.000314

3.有限元模型的建立[4]

3.1材料本构模型的选择

材料的本构模型是材料应力、应变关系的数学描述，是有限元计算的基础，直接影响有限元计算的精度，甚至影响有限元的计算进程。所以，在对沉降进行有限元模拟时，模型的选择直接影响其应变的结果，从而影响对沉降的预测。本文采用了与土体应变规律较为一致的Drucker-Prager模型进行模拟计算，Drucker-Prager模型为弹塑性模型，同时克服了Mohr-Coulomb模型的屈服面棱角奇异性，在进行有限元分析时较能准确的反应出土体沉降变形的实际情况。

3. 2 所选模型的假定条件

在进行有限元分析时，需要对现存路基及荷载进行下列假设，以保证有限元分析的进程：

（1）将三维问题转化为二维平面问题来考虑，按平面应变问题来模拟计算；

（2）路堤足够长，且地基土均匀分布且各向特性相同；

（3） 交通荷载作用在本文有限元模拟计算中等效为10kPa静载[5]

3.3模型边界条件的设定及参数的选取

据本文所依托110国道改建工程，根据设计文件相关参数，为简化计算，路基宽取值为26米，路基高度取为6米。边界条件上，结构左右边界定位横向固定约束，限制了水平位移；底部为横向和竖向双向固定约束，同时限制了水平和竖直位移；同时，将边界条件定位不透水的边界；水位线根据水文勘测资料取值为地表下0.4m，水位线以上地基土体以及路基填土均假定为孔隙水压为零。为更符合实际沉降原理，在选择单元时，地基土体采用平面应变减缩积分孔压/应力耦合单元，路基填土采用平面应变减缩积分单元。

材料参数的选取依据相关论文[6]研究，初始按下表所示选取：

表2 材料参数的选取

类别 厚度（m） rd（kN/m3） φ（°） c（kPa） κ E（kPa） μ

路基 6 18 20 10 0.43 40000 0.3

地基 5 18 9.9 8 0.53 2000 0.35

3.4基于分层总和法计算结果的参数调整

根据相关软件操作方法将有限元模拟计算输出结果，得到地基最大沉降量为1.52cm且位于路基的中心点下，最大沉降量发生位置与分层总和法以及工程实际相符，但可以看出，有限元分析数值结果上略小于分层总和法计算结果，现不改变边界条件及路基材料参数，对地基参数进行调整。本文选取影响因素较大的两个参数φ、c进行调整。

当c一定时，分别取φ值30、20、15、9.9、5，计算得到地基最大沉降量为0.16cm、0.77cm、1.08cm、1.52cm、2.03cm；

当φ一定时，分别取c值30、20、15、8、4，计算得到地基最大沉降量为

0.97cm、1.21cm、1.37cm、1.52cm、1.65cm。

由上结果可以看出，φ值在变化时，有限元分析结果变化明显，且成反比关系。调整材料参数时，结合实际土工试验及相关工程地质的取值范围，取c值为8、φ值为9，计算得到地基最大沉降量为1.58cm，与分层总和法计算结果吻合。

4.结论

4.1由本文中有限元分析及计算结果可以看出，在竖向位移的结果分析上，改变地基土内摩擦角φ的取值，其影响程度要大于改变粘聚力c的取值，且都与沉降量呈现反比关系。在调整有限元材料参数时，可结合分层总和法计算结果与有限元分析结果之间的误差范围，并考虑工程实际土工试验结果，有效快速的调整参数的取值。

4.2内蒙古地区110国道的地基沉降有限元模拟参数取c值为8、φ值为9，较为合理，根据设计资料以及现场土工试验结果可以看出，c、φ取值低于试验平均值的大小时较能准确反映出实际沉降的结果。

【参考文献】

1 石亦，周玉蓉.ABAQUS有限元分析实例详解[M].机械工业出版社，2006

2 马宁.土力学与地基基础[M].北京：科学出版社，2003

3 陈开圣，刘宇峰.分层总和法在路基沉降计算中应注意的几个问题[J].岩土工程，2005，19（1）：3-6

4 廖公云，黄晓明.ABAQUS有限元软件在道路工程中的应用[M].南京：东南大学出版社，2008

5 Hna.J.，Gbar.M.A Numerical Analysisi of Geosynthetic-Reinforced and Pile-Supported Earth Platforms over Sotf Soil [J].Jounral of geotechnical and geoenvironmental engineering，ASCE，2002，128（5）：44-53

第3篇：有限元分析论文范文

[关键词]教学改革 教材建设 教学方式 实践教学 评价指标

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）16-0076-02

创新教育是一种全新的教育理念，主要是树立以学生为中心的观念，通过调动学生的学习积极性，教给学生创造性的思维方式，培养学生的创新精神和创造能力。“材料加工过程中的物理场”是材料加工专业的学科基础理论课，该课程理论性强，且涉及的学科基础理论课程多，曾经是该专业本科生和硕士研究生比较头疼的课程之一。但由于该专业在产品开发及工艺设计阶段普遍采用计算机仿真技术，该课程作为计算机仿真的理论基础对提高仿真的技术水平具有重要的价值，开展该课程的教学和研究又是非常必要的。下面就推进该课程的教学改革，提高培养工程应用创新人才的质量谈一些体会。

一、因材施教，抓好教材建设是推进课程教学改革的突破口

“材料加工过程中的物理场”是材料成形计算机仿真的基础理论课程，教学目标是让学生学习材料成形的数值分析理论基础，预先需要开设的课程有高等数学、线性代数、材料力学、弹性力学理论基础及金属塑性成形原理等，是一门教学起点高、理论性很强的课程。虽然国内已经有不少通用数值分析理论书籍及材料成形数值分析教材，但多数教材太注重自身理论体系的严密性和完整性，不太注重学生的知识基础及认知规律，因而往往起点太高并不适合作为我校本科生及硕士研究生的教材。鉴于此，我们结合当前应用型大学材料加工工程专业本科及硕士研究生教育专业知识背景的实际情况，并着眼于未来市场对工程创新人才的需要，编写了《材料成形的数值分析理论基础及软件应用讲义》供内部使用，作为推进该课程教学改革的突破口，取得了良好效果。在课程教材建设的过程中，主要基于以下思考：

1.教材内容及课程设置一定要符合学生的认知规律。

对于本科生，考虑到对预先开设的理论课程的要求，该课程应设置在专业基础课讲授完成以后为好。在教材内容上，要做到循序渐进、由浅入深、量体裁衣、因材施教。

2.教材内容总体把握分为两大部分，即线性有限元分析理论基础和非线性有限元及其在金属塑性加工中的应用。

第一部分侧重于基本概念、基本知识、基本理论的学习，第二部分在线性有限元分析理论的基础上，侧重于金属塑性加工非线性有限元理论体系的构建，并理论联系实际落实到应用实例。

3.在具体章节内容的安排上，不追求理论体系的严密性和完整性，但要符合学生的认知规律，由浅入深、循序渐进、量体裁衣，并在一定程度上注重知识的系统性。

譬如，第一章绪论主要介绍了工程上常用的几种数值分析方法及其适用的应用领域，有限元法作为最重要的一种数值分析方法做了详细介绍，并介绍了工程上常用的通用有限元分析软件及材料成形专用有限元分析软件。使学生对开设该课程的背景有一个直观的认识，该课程离现实并不遥远，对于将来的工程应用或理论研究都具有重要价值。

考虑到我校材料加工专业及多数高校工程专业在本科课程中并未开设弹性力学理论课程，而弹性力学的基础理论及变分原理又是学习数值分析理论必须要掌握的内容，因此在教材的第二章对弹性力学的基本方程及变分原理做了系统介绍。第三章介绍了杆梁系结构有限元分析的一般过程，以杆单元分析为主，并简要介绍梁单元的概念。杆单元是有限元分析中最简单的一种单元，但杆系结构的有限元分析却能反映有限元分析的一般流程和有限元法最本质的东西，并且学生容易接受，所以本章安排了一个一般杆系结构的有限元分析实例，使学生对有限元分析的整个过程有一个清晰的认识。第四章介绍了连续体结构有限元分析的基础理论，重点介绍二维平面问题、轴对称问题及三维连续体问题单元模型的构造方法，并简要介绍板壳单元的基本理论。第五章介绍等参元的概念及计算、二维及三维连续体等参元的构造方法、三维一般壳体单元的构造方法，并介绍数值积分的概念及计算方法。

金属的塑性成形主要是通过锻造、挤压、拉拔、轧制、冲压等工艺把金属加工成所需零件形状的一种方法，反映金属塑性加工的有限元法主要是指刚（粘）塑性有限元理论及大变形弹塑性有限元理论。所以第二部分针对锻造、挤压等工艺着重介绍指刚（粘）塑性有限元理论体系及应用，而针对冲压工艺着重介绍大变形弹塑性有限元理论体系及应用。

4.教材力求语言精辟、通俗易懂，并把知识的系统性和应用性相结合。

教材在编写过程中，要注意把握知识理论的逻辑性，并用精辟和通俗易懂的语言叙述出来。由于该课程最后要体现为金属塑性加工数值仿真的基础理论课，在第一部分线性有限元理论内容的设置上，要注意把握知识的系统性和应用性的结合，譬如轴对称体单元及三维一般壳单元等理论知识的介绍。

5.教材建设要在实践中不断充实、完善和提高。

针对每次的教学实践，都应该和学生和有关专家及时进行沟通交流，了解哪些地方需要补充，哪些地方需要改进，力求教材在教学实践中不断完善和提高，更好地为我校和其他高等院校工程专业提供服务。

二、更新教育理念，改革课堂教学方式是推进课程教学改革的重要内容

1.积极推进主动式学习方式，发挥学生学习的创造性。

在研究生该课程的课堂教学中，针对非线性有限元理论的学习，由于该部分内容多且理论深度较深，总学时有限，以前采用灌输式的教学方式并没有取得好的教学效果。我们采用了以下教学改革方式，结合笔者在非线性有限元理论以往丰富的研究经验，首先从总体上概括性地分别向学生讲授刚塑性及大变形弹塑性有限元理论体系，然后针对每一部分分别推荐有效的参考资料，并布置若干研究专题。学生在分组获得一个研究专题后，到图书馆或通过网络主动查阅资料，首先对每一部分进行系统学习，然后针对自己的研究专题深入研究，撰写研究论文和PPT。在以后的课堂教学中，各个同学分别用PPT讲解自己的研究内容，并在课堂交流中和老师、同学一起讨论，共同促进研究专题的学习。

2.采用多媒体教学方式，改进课堂教学效果。

事实证明，采用多媒体教学并和板书方式相结合，能够做到言简意赅，重点突出，科学知识的逻辑性和结果的形象性相结合，改进了教学效果，提高了工作效率。

三、加强课堂实践教学，是推进课程教学改革的重要环节

理论学习和软件应用相结合，一方面可以加深对理论学习抽象概念和严密知识的理解，对金属塑性成形仿真过程有一个比较直观的认识，是课堂教学知识性和趣味性一个比较好的结合；另一方面，软件应用本身不单纯是对学生一门操作技能的训练，更重要的是通过实践教学对学生创新能力的一种培养。我们采取了以下方式加强了课堂实践教学：

1.优选出一种金属塑性加工仿真软件，拿出一定的学时上机讲授该软件的具体操作方法。

2.精选出一个金属塑性加工实例，应用该软件向学生讲授实例的建模、运算和后处理整个操作过程。结合已经学习的仿真基础理论知识，详细讲授实例建模过程中一些技术参数、工艺参数的设置方法，并学会运用理论知识查阅软件理论手册，让学生真正理解理论知识和软件应用相结合，并终生受益。

3.让学生独立操作一个工程实例，作为培养其工程创新能力的一个训练和该课程的一个考核指标。

四、改革课程评价指标，是推进课程教学改革的保障

课程教学效果科学的评价指标，不但是对课程教学效果的检验，而且是对推进课程教学改革的一个保障。由于该课程是由理论知识讲授、师生互动学习及课堂实践教学有机结合的整体，因此该课程的科学评价指标应反映这三方面的实际教学效果。学生该课程的最终考核成绩是由三方面综合确定的：一是理论考核笔试成绩，二是平时作业及专题研究论文成绩，三是工程实例仿真研究成绩。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 王祖源，严导淦.工科物理课程改革与教材建设[J].中国大学教学，2011，（12）：36-38.

[2] 赵礼峰.数学实验课程对大学生素质培养的重要作用[J].中国大学教学，2011，（12）：42-44.

第4篇：有限元分析论文范文

关键词：CFRP，约束，预压，有限元

 

一、有限元模型的建立方法与原理1 混凝土的模拟ANSYS中提供了专门面向混凝土、岩石等材料的单元－SOLID65单元[1]。它是8节点的六面体单元，使用分布式固定裂缝模型，也可以使用整体式钢筋模型。SOLID65单元可以模拟材料的开裂和压碎。用弹塑性本构关系模拟混凝土受压行为，用断裂软化本构关系模拟混凝土受拉软化行为。所以SOLID65的实际上采用的是“弹塑性＋断裂”的本构模型，破坏准则采用的是改进的William-Warnke五参数破坏准则。

2 混凝土裂缝的模拟Solid65中使用弥散固定裂缝模型，每个高斯积分点最多有三条相互垂直的裂缝。弥散裂缝模型将混凝土裂缝弥散到整个单元中，将混凝土材料处理为各向异性材料，利用混凝土的材料本构模型来模拟裂缝的影响。这样，当混凝土某一单元的应力超过开裂应力时，只需将材料本构矩阵加以调整。3 碳纤维的模拟纤维复合材料片材单元采用四结点薄膜单元(SHELL41)。该单元有平面内刚度而无平面外刚度，单元只能承受拉力作用，没有抗弯、抗压能力。符合FRP布在约束混凝土中的受力状况。纤维材料设为各项异性，在垂直纤维方向材料没有强度（实际计算中取为纤维方向强度的1/106）。诸多试验均证明，FRP 材料的应力－应变关系接近理想弹性。因此，在本次有限元分析中设定CFRP材料为理想弹性材料，且若纤维应力超过其抗拉强度，则认为纤维断裂，计算终止[2]。单元的每个结点也只具有X、Y和Z轴三个方向自由度，从而保证了体单元和膜单元联结结点的自由度不会发生冲突。设CFRP布与混凝土材料之间粘结完好，无脱落现象，CFRP布和混凝土之间无相对滑移。

4 预压过程的模拟由于预压受力构件所粘贴的CFRP是在混凝土承受了一定的荷载产生了一定应力－应变后才开始发挥作用的[3]。因此如何模拟二次受力这种钢板应力滞后的状态是二次受力有限元分析的核心问题。论文参考网。在有限元分析过程中采用了有限单元的生死（Birth and Death）来控制外层CFRP的单元发挥的作用。单元生死的作用是可以控制单元的刚度矩阵对整体刚度矩阵的做出贡献（单元生）不做出贡献（单元死）。利用单元生死的方法可以先将CFRP所对应的单元杀死，加入初始荷载，可以得出混凝土在初始荷载下了应力－应变关系。再将混凝上单元的应力值导出作为初应力文件，在激活CFRP对应的单元后，将初应力文件导入并施加在混凝土单元上，重新加载开始计算。从而再现了二次受力构件的加载过程。在本课题预压过程的模拟中，混凝土单元和CFRP单元采用共用节点连接，不考虑两者间的滑移。

5 非线性方程组解法计算采用Newton-Raphson平衡迭代方法求解非线性方程组。论文参考网。在计算过程中将荷载分成一系列载荷步，在每个载荷步内设若干子步施加载荷增量。在每次求解前，N-R方法估算出残差矢量，这个矢量是恢复力（对应于单元应力的载荷）和所加荷载的差值，然后使用非平衡载荷进行线性求解，且核查收敛性[4]。在迭代过程中使用不平衡节点力为衡量收敛标准，在满足下列条件时，就认为已经收敛

(1)

式中：

－残余节点力向量的二范数；

－施加荷载向量的二范数；

－收敛容限，本文计算中取0.02。

二、计算与分析1 计算模型根据以上有限元原理建立试件模型，如图14所示。网格大小控制在20mm，混凝土部分划分为960个Solid65单元，CFRP划分为480个Shell41单元。

在有限元计算中为避免在支座位置产生应力集中，从而使支座附近的混凝土突然破坏造成求解失败，本文采取在柱顶与柱底部位加150mm×150mm×20mm的弹性垫块，单元类型为Solid45。论文参考网。

2 计算边界条件模拟在对结构施加约束条件时，考虑到混凝土与试验用的压力机在接触面上存在摩擦力，对混凝土的横向变形有约束作用，所以对于模型的顶部也施加了2个水平方向上的约束。同时构件处于轴压状态，并不存在弯矩，所以在模型的底部施加的是3个方向的位移约束，而没有施加转角约束。将荷载按面荷载施加在构件上表面，为了求出极限荷载采用了多级的荷载步[5]。

计算中若出现以下三种情况之一，则认为达到破坏极限状态，计算终止：

1）未包裹CFRP的试验柱达到极限承载力破坏，计算终止。

2）CFRP达到极限抗拉强度而拉断，计算终止。

3）在计算过程中，当迭代超过25次不收敛，则将加载步长折半，如重复折半超过1000次仍不收敛，则认为已产生很大的塑性变形而达到破坏极限状态，计算结束。

3 包裹不同层数CFRP试件的计算结果对比分析利用上面的有限元模型分别对不同轴压比下试件外包裹1、2、3层碳纤维布的情况进行模拟计算，得到的不同轴压比和CFRP不同包裹层数下峰值应力提高幅度对比和竖向应力－应变关系曲线分别见表1和图1。

表1 峰值应力提高幅度对比

第5篇：有限元分析论文范文

【关键词】十字形柱 有限元 拉伸强化 节点核芯区

引言

钢筋混凝土异形柱框架结构有诸多优点，如整体性强、延性好，与矩形柱相比柱肢厚度与墙体厚度齐平，扩大了建筑有效使用功能，显示出优越的的社会效益。而由于该结构使用的时间较短，至今未经实际震害检验，各国对其受力性能研究得较浅。同时，众多因素会影响异形柱框架节点的受力性能，导致分析过程较复杂，而要研究各相关参数对力学性能影响的贡献，需要对变化的参数进行系统化的试验。这种试验耗时长、劳动和资金投入大。若采用有限元分析，则可用利用大量的参数进行对比分析，还可以在后继分析中调整参数，对获得异形柱的力学特征。论文选取某六层异形柱框架结构的十字形截面为研究对象，对其进行非线性有限元分析，以获得相关的力学性能。

1 有限元模型建立

1.1问题概述

选用某六层异形柱框架结构为基本模型，如图1、2。十字形柱Z3位于标准层中柱节点，截面尺寸如图3。混凝土柱强度等级为C45，梁、柱保护层厚度为30mm。混凝土框架抗震等级为2级，场地土类别为III类，设防烈度为8度第二组（0.2g）。先采用PKPM计算底层梁柱节点内力，并对各节点梁柱端进行内力组合，见表1。十字形柱配筋情况如图4。

1.2 材料参数及建模

有限元分析软件采用ABAQUS， 混凝土单元和钢筋单元分别采用C3D8R和T3D2。假设截面符合平截面假定，钢筋混凝土采用分离式模型，钢筋在混凝土单元中分布，考虑两者之间的界面效应；裂缝类型采用分布式，同时用拉伸强化（Tension Stiffening）来考虑裂缝之间混凝土对受拉贡献的影响。混凝土本构关系如图5，破坏准则采用Willam-Warnke准则；考虑到一般结构破坏时钢筋的应变还没进入塑性阶段，钢筋采用双斜线模型，以保证非线性计算结果的收敛，同时对于没有明显流幅的钢筋本构关系也能清楚地描述，如图6。加载方式为对节点单向比例加载，对应于理论分析中钢筋与混凝土之间的后继破坏行为，在ABAQUS中的实现方式是在混凝土模型中引入“拉伸强化”概念，从而可以描述混凝土与钢筋的界面效应，模拟钢筋在开裂区的荷载传递作用，混凝土和钢筋模型见图7和图8。

2 有限元模拟结果分析

2.1 构件变形。加载后十字形柱的变形主要发生在梁与柱相交的部位，主要是由于地震产生的强大水平推力使得节点两端出现相反方向的剪力和弯矩，使得梁与柱相交处的变形出现重合分布。

2.2 构件应力应变。经有限元计算分析，节点中的混凝土主要是受压，而钢筋则全截面受拉，最大应力发生在梁柱交接处，此处也是受地震影响中的薄弱位置，应力集中现象显著，应力改变呈阶梯状；最大主应变的位置与主应力最大处位置基本一致，但是先出现在梁端，究其原因是受加载方式的影响，在模型中对施加的内力进行了简化，并考虑了钢垫节点，会导致很真实模型出现较小误差，使得刚体附近的混凝土的应力应变在一定程度上受到刚体应变的影响。十字形节点的应力和应变在不同区域会出现符号相反的情况，而在节点处符号相同，引起应力叠加，由于节点梁两端受到反方向内力作用，如弯矩和剪力，影响节点抗剪承载力，有很大程度地降低。柱的受力钢筋绝大部分呈现受压状态，钢筋的第一主应力出现在梁端混凝土受拉区。

2.3构件的后继破坏行为。对钢筋和混凝土之间的界面粘结滑移与锁骨行为进行研究，给出十字形柱在拉伸强化分别为0.002、0.004、0.006、0.008和0.01时的钢筋和混凝土的应力应变值。对各节点采用的加载方式是比例加载，到计算结果能收敛时停止。因十字型节点收敛值是最大荷载的0.4倍，所以下面列出0.4倍最大荷载加载的应力应变情况。

（注：在0.4倍最大荷载加载时，十字形节点梁端弯矩值、剪力值A截面M=-68.896KN.m，V=45.616KN；B截面M=62.156KN.m，V=-36.276KN， C截面M=47.536KN.m，V=-9.064KN，D截面M=-78.36KN.m，V=50.136KN。柱端攘ξM=127.424KN.m ，V=76.796KN，N=401.108KN）

从表2可以看出随拉伸强化c值的增大，十字形节点钢筋的最大主应力、最大主应变有所减小、而相对变化的应力、应变值却在增加，总体呈上升趋势。混凝土的第一主应力在增加，主压应力减小，应变与应力呈相似趋势。这说明，混凝土在裂缝区对受拉是有贡献的，而拉伸强化系数c值很关键，c值大容易获得数值计算结果，c值太小荣易导致混凝土局部开裂，从而使得整个模型的计算不稳定，今后的模拟分析中，应选择合理的c值以确保计算结果的收准确性。

2.4 模型节点核芯区的受力性能。算例中所取的研究节点为标准层节点，节点核芯区的受力性能会根据加载比例从0.1倍到0.4倍最大荷载地提高而发生相应的改变。经计算分析得出刚开始，荷载加载比例很小时，混凝土应力处于线弹性阶段，左下和右上对角出现拉应力，应力特征符合斜压杆受力规律；随着荷载比例增加，到0.3倍时，混凝土左下角的应力变化最明显，应力的符号方向相反，由原来的拉应力变为压应力，右上角的受拉区也有降低趋势；加载到最大值时，该拉应力区逐渐缩小，随即将出现以下趋势：所有混凝土完全处于受压状态，钢筋主要承担拉力，其中：水平拉力由水平箍筋承担，垂直拉力由垂直钢筋和柱轴向力承担，斜裂缝之间的混凝土承担斜压力。以上的各分布力相互平衡，形成桁架受力特征，核芯区剪力将会逐渐变为由桁架机构来传递。

3 结论

1）对某异形柱框架结构中的十字形柱建立了数值模型分析，获得了研究节点的内力组合值、应力应变分布规律和节点破坏机构，同时进行了拉伸强化分析。从分析结果可以看出该类结构用有限元进行分析是可取的，数值模拟准确性吻合较好，所用模型基本上符合实际情况。

2）通过改变混凝土的拉伸强化系数c值，对十字形柱的应力应变进行了比较分析，获得了不同c值时应力应变变化量值增长的规律。节点的后继破坏行为受c值的影响较大，在对实际工程进行分析时应对该值进行合理选择。

3）算例中节点核芯区的破坏机理在不同的加载期会有所变化，加载初期弹性变形阶段的剪力传递机构是斜压杆机构，随着荷载增加，转变为桁架机构。

参考文献：

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第6篇：有限元分析论文范文

【关键词】双馈风力发电机;风速突变;有限元分析;磁隙畸变

随着科学技术的进步，世界各国对电力需求的不断增加，合理的开发利用我国丰富的风能资源一遍弥补电力供应的不足是有重大意义的举措，而双馈异步发电机是风力发电的主力机型，它是采用交流励磁，定转子均能同时向电网供电，其独特的性能和结构相比其他机型有很大优势。因此，研究双馈异步发电机的故障诊断技术，以便在故障早起就发现故障并及时进行维修，具有重大的理论意义和社会经济效益。风力发电机的机械故障和电气故障都会造成发电机内部磁场的变化，比较有效的风电机组故障诊断技术包括：基于模型分析的故障诊断技术、智能故障诊断技术和基于信号分析的风电机组故障技术这三种。有限元法为分析数据提供了准确、快捷的数学分析方法，借助有限元分析软件ANSYS建立了双馈异步电机的仿真模型。通过分析发电机内部磁场磁力线，磁通密度可以判断磁场的畸变程度。

1.有限元法在电磁场分析中的应用

有限元是应用非常广泛、适应性极强的一种数值计算方法，它基于变分原理，找出一个与所求定解问题相应的泛函，并使该泛函取得极值的函数为该定解问题的解，再从该泛函的极值问题出发，对其进行离散化，得到对应的代数方程组。电机的二维数值求解区域模型如图1所示，为整个模型的四分之一，即为线段AB，CD和圆弧AD，BC组成的区域。

图1 电机求解域模型

用矢量磁位表达时，求解域内满足边值问题：

（1）

式中表示电流密度;表示材料的磁导率。

有限元法就依据上式，将求解区域分解为有限个小单元，在离散单元内构造矢量磁位的插值函数，然后利用插值法将式（1）的条件变分问题离散化为多元函数的极值问题，求解得到矢量磁位的数值解。

采用三角形剖分单元，见图2。在单元e内采用线性插值方法，可得到矢量磁位的线性插值函数，然后利用线性差插值函数对x和y分别求偏导数，因为整个求解区域的三角形单元的总数为E，那么能量泛函可以表示为求解区域内所有单元泛函之和。然后求其对三节点A 的一阶偏导，可得：

图2 三角形剖分单元

（2）

式中：

对E个单元的（2）式进行总体合成，则有：

（3）

式中N表示节点总数。由泛函极值条件可知：

（4）

铁心导磁材料的磁化曲线呈非线性，即式（1）中μ不是常数，为磁感应强度的非线性函数，且式（4）所示的代数方程组为一非线性方程组，系数则是未知量矢量磁位的非线性函数。

2.风度突变并网工况的模拟

本论文在仿真软件DIgSILENT中建立1.5MW双馈风力发电机模型如图3所示，本机组的额定风速是13m/s，切入风速为6 m/s，切出风速为30 m/s，模拟风速由10m/s突变到20m/s的工况下双馈风力发电机的定转子电流，如图4所示，定转子电流如图5和图6所示。

图3 双馈风力发电机模

图4 风速突变

图5 定子电流

图6 转子电流

图4表明风速在5s时发生突变，图5和图6可以看出由于风电机组浆距角的跟踪调节，定转子电流没有立即突变，但是在较短时间内定转子电流都有较大幅度的增加，定子电流由723A突变到1098A，转子电流由432A突变到622A，电流的增大会会造成电机内部磁场的变化。

3.有限元分析与仿真

采用ANSYS对双馈电机建立模型，并对其电磁场进行求解分析。双馈风力发电机的相关参数如表1所示。图7为建立的电机几何模型图，图8为建模过程中的电机剖分图。

表1 双馈风力发电机参数

额定功率 额定转速 极对数 额定频率

1.5MW 1750rpm 2 50Hz

定子电压 定子电流 转子电压 转子电流

690V 1177A 296 420

图7 风电机几何模型图 图8 风电机网格剖分图

额定风速和风速由10m/s突变到20m/s情况电机内部的磁密云图分别如图9和图10所示。

图9 额定风速时的磁密云图 图10 风速突变情况下的磁密云图

图11 正常情况下气隙磁通密度曲线

由图9和图10可以直观看到电机内部磁场的分布情况，正常情况下磁力线方向和密度径向分布均匀，5s风速突变时电机内部如A、B、C点磁场密度明显增大，局部区域开始出现畸变。

图11和图12分别是正常和风速突变情况下的气隙磁通密度曲线。

图12 风速突变情况下气隙磁通密度曲线

由图11可得合成气隙磁密的幅值为0.9T，脉振最小值为0.55T。气隙中的磁密分布较为均匀，此瞬间合成磁场在空间的分布为正弦波。和正常运行时的图11相比可知，风速突变时电机内气隙磁密不再成正弦分布。

根据以上分析，可以发现风速由10m/s突变到20m/s确实导致了双馈风力发电机内部气隙磁场密度的畸变。

4.结论

本文介绍了有限元的分析理论，在电磁仿真软件DIgSILENT中搭建了双馈风力发电机模型并模拟了风速由10m/s突变到20m/s的工况，得到了风速突变时的风电机定转子电流，利用有限元仿真软件ANSYS 仿真得到风速突变情况下的电机内部磁密云图和气隙磁密图，得到了风速突变可能会导致双馈风力发电机气隙磁密畸变的结论。

参考文献

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[2]赵博，张洪亮，等.Ansoft 12 在工程电磁场中的应用[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

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[5]段晓田.双馈风电机组发电机磁场与温度场分析[D].新疆大学硕士论文，2011.

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[7]何山，王维庆，张新燕等.大型永磁同步风力发电机定子温度场研究[J].太阳能学报，2009.30（6）：799-803.

[8]岳菁鹏.变速恒频风力发电机组发电机部分故障分析[D].新疆大学硕士论文，2012.

基金项目：本文系基于多源征兆和并网运行状态的大型风电机组早期故障诊断研究研究项目（项目编号：51367015）。

作者简介：

第7篇：有限元分析论文范文

关键词：翼墙；钢管混凝土；Abaqus有限元；加固

0引言

近年来，我国频繁发生地震灾害，比如2008年，汶川大地震；2010年，青海玉树大地震；2013年，四川的芦山县大地震；2014年，新疆省于田大地震，我们对现有建筑结构的抗震性能提出了更高的要求。很多建筑物和构筑物在我们的长期使用中会出现各种各样的问题，如承载力不足、地基沉降、出现裂缝等[1]。为了能够正常使用，防止结构出现严重的损害，给人们带来财产、精神和生命上的危害，应该对建筑物及时的进行可靠度鉴定，并采取相应的措施对建筑物进行加固维修。钢筋混凝土框架结构加固的方法主要包括：外包钢法、粘贴纤维复合材料加固法、粘钢加固法、增大截面法、增设翼墙加固等[2]。本文将通过Abaqus非线性有限元模拟来探究钢管混凝土翼墙的受力性能。

1构件尺寸及模型建立

1.1构件的尺寸

本文模拟中选取如下的模型作为研究对象：混凝土柱尺寸500×500mm，柱高1.8m，纵向钢筋12B16，箍筋B8@ 200mm，底端加密箍筋B8@100mm（B为钢筋直径），两侧的翼墙为钢管混凝土翼墙，用钢套箍将钢管混凝土翼墙的端部与钢筋混凝土柱固结在一起，其它部位没有连接，钢套箍为高度300mm，厚度为5mm。其中的一个构件的截面如图1.1所示。

图1.1 构件的截面尺寸

有限元数值模拟分别以钢管的厚度为参变量，对不同组的构件分别进行低周反复荷载作用下的模拟。其中L表示钢筋混凝土柱的长，B表示钢筋混凝土柱的宽；l表示钢管混凝土翼墙的长度，b表示钢管混凝土翼墙的厚度；n表示轴压比；t表示钢管的厚度。构件尺寸如表1.1。

表1.1 钢管混凝土翼墙加固构件模拟试件表

试件编号 L（mm） ×B（mm） l（mm） ×b（mm） n t（mm）

JGZ-1 500×500 300×200 0.5 3

JGZ-2 500×500 300×200 0.5 5

JGZ-3 500×500 300×200 0.5 7

1.2模型的建立

运用创建部命令件创建混凝土柱、混凝土翼墙、钢管、纵筋和箍筋各部件，其中混凝土柱、 混凝翼墙和钢管为实体单元，而纵筋和箍筋为桁架单元。如图1.2所示。

图1.2 模型建立

2不同试件的有限元分析

2.1试件的滞回曲线

在轴压比0.5时，翼墙中钢管的厚度为3mm、5mm、7mm的钢管混凝土翼墙加固柱的构件滞回曲线如图2.1所示。

图2.1 JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3滞回曲线

从图2.1能够看出，在这组模拟中任何一个滞回曲线形状都表现为比较饱满的梭形，这反映了钢管混凝土翼墙加固钢筋混凝土柱具有良好的耗能能力以及抗震性能[3]。

从这组的滞回曲线可以看出，钢管厚度t=7mm的加固构件的滞回曲线的峰值最大，t=3mm的加固构件滞回曲线峰值最小，说明钢管厚度越大钢管混凝土翼墙加固柱的极限承载力越大。随着加载的继续进行，滞回曲环的峰值出现了下降，不同钢管厚度下降的趋势也不同，钢管厚度为3mm的加固柱下降趋势比钢管厚度为7mm的加固柱下降趋势大，说明随着钢管厚度的增大钢管混凝土翼墙加固柱的延性增加[4]。

2.2试件的骨架曲线

在轴压比为0.5时，翼墙中钢管厚度为3mm、5mm、7mm的钢管混凝土翼墙加固柱的构件骨架曲线如下图2.2所示。

图2.2JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3骨架曲线

从图2.2可以看出，钢管混凝土翼墙中钢管厚度为7mm时加固构件的极限承载力值最大，钢管厚度为5mm次之，钢管厚度为3mm最小，说明了随着钢管厚度的增加钢管混凝土翼墙加固柱的极限承载力增大。

在骨架曲线的前期弹性阶段，钢管厚度为7mm的钢管混凝土翼墙加固的钢筋混凝土柱的斜率最大，说明随着钢管厚度的增加构件的弹性阶段的刚度增大，加载后期骨架曲线均有一段保持水平，表现出钢管混凝土翼墙加固柱具有良好的塑性性能；随着荷载继续加载，骨架曲线出现下降趋势，说明钢管混凝土加固钢筋混凝土柱的延性降低；钢管厚度为3mm的加固构件下降趋势大于钢管厚度为7mm的加固构件，说明了钢管厚度越大加固构件的延性越好[5]。

3结论

利用有限元软件ABAQUS以钢管厚度为参数建立的3个钢管混凝土翼墙加固钢筋混凝土柱模型，并进行了模拟分析，从提取的滞回曲线和骨架曲线上可以看出，钢管混凝土翼墙加固柱均具有较好的耗能能力及抗震性能。钢管厚度增加则构件的极限承载力增大，刚度增大，耗能能力良好。由于篇幅有限有些参变量没有考虑进来，在以后的研究中将重点关注。

参考文献

[1] 魏闯.增设翼墙加固功能混凝土柱受力性能研究[D]沈阳建筑大学硕士论文，2011

[2] 柳炳康，吴胜兴，周安.工程结构鉴定与加固[M].北京：中国建筑工业出版社，2008

[3] 张心令，王财全，刘洁平. 翼墙加固方法对框架结构抗震性能的影响分析[J].土木工程学报，2012

[4] 景悦.方钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析[D].河北工业大学学位论文，2008

第8篇：有限元分析论文范文

关键词：脚手架；ANSYS；半刚性连接；设计载荷；风载荷

中图分类号：TU731.2文献标识码： A

Finite element analysis of the whole raising scaffold with semi-rigid collection on the effect of wind load

Abstract: In this paper a finite element model of the whole raising scaffold is build by using ANSYS software because of the complex structure which makes it difficult to use theoretical method to calculate accurately. Some part of the structure such as fastener is taken as semi-rigid connection. A finite element analysis is calculated by using the model. The design load case is determined, and the wind load is calculated. The strength analysis of the whole raising scaffold is finished. The results show that the strength and deflection of the scaffold meet the requirements which verifying the security of the attachment of the whole scaffold.

Keywords: raising scaffold; ANSYS; semi-rigid collection; design load; wind load

0 引言

整体式附着脚手架由于其组装快捷，提升简便，布置灵活等优点得到了广泛的应用。近年来出现了不少新型附着式脚手架，对此涉及到脚手架使用设计中很多安全问题，例如在风载荷作用下脚手架的强度问题、合理的结构支撑模型、节点的半刚性及整体极限承载力分析等等。与此同时，国内相应出现了较完善的相关技术标准[1]。也有不少学者研究结构的布置，内力计算等。陈世教[2]对整体提升脚手架进行了内力计算，该计算方法具有通用性；岳峰[3]对高层建筑附着升降脚手架风载荷进行了理论计算，其计算方法在工程上具有可操作性；张卫红[4]对扣件式脚手架半刚性节点进行了计算，并通过实验对比，其计算结构偏于安全；另外，还有一些专家学者对其进行了研究，都值得参考借鉴[5-7]。然而，作者发现，很少有人对整体式脚手架在风载荷作用下其强度、挠度等进行验证，因此，本文应用有限元方法，对整体式脚手架进行有限元分析，给出设计载荷计算表，在7级风作用下的有限元载荷处理方法，并对脚手架相应的连接处进行半刚性连接，计算其在风载荷作用下的强度及变形，验证其安全性等。

1 设计载荷的计算

根据《建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定》第十条的规定，设计要求应符合下表规定，并根据标准荷载计算值，则可求得荷载设计值。

表1 载荷设计值

2 有限元结构模型

图1为整体式附着脚手架连续两跨有限元模型，底部桁架为8号方钢，主框架2个为6.3号槽钢焊接而成的工字钢，横杆、竖杆采用48×3号钢管。图2为扣件连接处作为半刚性连接。模型总体说明：主框架和桁架分别建立为独立的一体，焊管与主框架、桁架之间采用的是刚性连接；横幅杆和斜幅杆与桁架之间采用刚性连接；大横杆与立杆，小横杆与立杆，斜杆与立杆及撑墙杆与立杆之间扣件连接的地方均做半刚性连接处理；主框架与桁架下弦、立杆与桁架上弦之间的连接采用刚性连接的方式。大横杆与立杆，小横杆与立杆，斜杆与立杆及撑墙杆与立杆之间扣件连接的地方均做半刚性连接处理，扣件节点的旋转刚度系数为[4]。

图1 脚手架有限元模型

图2 扣件连接处理

本文考虑脚手架在危险工况下进行有限元分析，即在施工工况风载荷作用下进行强度分析。表1给出风载荷作用下的标准值，将此值转化成节点力，并加载到有限元模型中去，加载结果见图3和4。

图3 施工情况风载施加

图4 非工况风载施加

3计算结果分析

建立有限元模型，并在连接有安全装置处(防倾防坠装置)进行约束，考虑两种工况，即非工作情况和施工情况下脚手架的强度分析，表2给出了有限元计算结果。图5～11为相应的有限元计算结果图。由图可知，整个有限元计算结果是变形协调的，相比理论计算，该方法更加贴近实际。强度性能校核见下一小节。

表2风载作用下有限元计算结果

非工作情况（4-5层） 施工情况（4-5层）

总应力(Mpa) 123.322 183.452

总位移(mm) 26.142 26.178

底部框架最大应力(Mpa) 105.821 183.452

底部框架最大位移(mm) 9.728 15.796

主框架最大应力(Mpa) 110.062 123.265

主框架最大位移(mm) 18.872 16.632

图5非工况整体应力

图6非工况整移

图7非工况底部框架应力

图8非工况底部框架位移

图9施工整体应力

图10施工整移

图11施工底部框架应力

图12施工底部框架位移

4安全性能校核

4.1 强度校核

《建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定》第六条规定，附着升降脚手架的架体结构和附着支承结构应按“概率极限状态法”进行设计计算， 承载力设计表达式为：

式中：－结构重要性系数，取0.9；

－荷载效应；

－结构抗力。

由上面的规定可知，脚手架架体结构设计方法为“概率极限状态法”，由于前面的有限元计算结果都是考虑了各个计算系数下得到的，因此只要比较各部件应力计算值是否超过其材料的屈服应力即可判断其是否符合设计要求。

1、主框架强度校核：

结构施工时，主框架最大应力为123.265。

材料为Q235A时，123.265

2、底部框架强度校核：

结构施工时，水平框架最大应力为183.452。

材料为Q235A时，183.452

4.2 挠度校核

根据《建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定》第十五条的的规定，各杆件的容许挠度如表3所示。由于我们在分析计算时发现，大横杆在风载荷作用下的变形很大，因此，本文对大横杆进行挠度校核。

表3 脚手架各杆件容许绕度

构件类别 容许挠度

纵向、横向水平杆 L/150和10mm（L为受弯杆件跨度）

水平支承结构 L/250（L为受弯杆件跨度）

悬臂受弯杆件 L/400（L为受弯杆件跨度）

风载荷作用下，结构施工时，大横杆最大挠度为26.001-19.163=6.838，如图13所示。

图13 大横杆挠度校核

大横杆许用挠度为L/150=1500/150=10，可知，6.838

小结

针对整体式附着脚手架，利用有限元ANSYS建立两跨连续结构模型有限元模型，在扣件连接处设置半刚性连接，对这种结构模型进行有限元分析。确定了设计载荷工况，在风载荷作用下对整体式脚手架进行了强度分析，并验证了脚手架的安全性。

参考文献

[1] JGJ 202-2010 中华人民共和国行业标准. 建筑施工工具式脚手架安全技术规范[S], 2010.

[2] 陈世教, 张红伟, 李志强. 整体提升脚手架内力计算[J]. 重庆建筑大学学报. 2002, 24(6):100-107.

[3] 岳峰, 李国强. 高层建筑附着脚手架风载荷的计算[J].建筑技术. 2004, 35(8):590-594.

[4] 张卫红, 刘建民. 基于整架试验的扣件式钢管脚手架半刚性节点计算方法[J]. 山东建筑大学学报. 2009, 24(1):38-42.

[5] 张厚先, 徐奋强，张德恒等. 用ANSYS分析扣件式钢管脚手架整体稳定性承载力[J]. 建筑技术. 2009, 40(6): 555-557.

第9篇：有限元分析论文范文

关键词：型钢混凝土，压扭，影响因素

0 引言

混凝土中配置型钢以后，构件的承载能力、刚度明显增加，结构的延性也获得很大的提高。在复合受扭作用下，同钢筋混凝土构件相比，型钢的存在，对构件的受力性能有较大的影响。本文应用有限元软件ANSYS对型钢混凝土压扭构件进行了有限元模拟，分析了压扭构件的受力性能及其影响因素。

1 研究对象

本文以11根型钢混凝土压扭构件为研究对象，分析轴压比、型钢尺寸、截面尺寸等因素对型钢混凝土压扭构件的承载能力和变形能力的影响。构件均采用C40混凝土，配置相同的纵筋416，箍筋φ10＠100。

第一组（SRC T1-T7）：截面尺寸240mm×260mm，型钢尺寸为100×100×6×8。轴压比分别采用0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5， 0.6。

第二组（SRC T8-T9）：轴压比取0.2，截面尺寸240mm×260mm。型钢尺寸分别取为150×100×6×9，200×100×5.5×8。

第三组（SRC T10-T11）：轴压比取0.2，型钢尺寸为100×100×6×8。截面尺寸分别为200mm×240mm，260mm×300mm。

2 建立有限元模型

2.1建模的基本思路

对于型钢混凝土结构来说，虽然型钢和混凝土之间的粘结作用较小[1]，但是文献[2]在进行试验时，试件的破坏形态为混凝土的压溃破坏，并没有发现由于混凝土与型钢之间的粘结滑移造成破坏。因此，本文在进行非线性有限元分析的时候，没有考虑型钢与混凝土之间的粘结滑移。

2.2边界条件及加载方式

考虑型钢混凝土压扭构件的受力性能，构件采用一端固定，一端自由的方式。将一端所有节点的X、Y、Z三个方向的自由度全部约束[3]。加载时，首先在试件端部施加规定轴向压力，等轴力达到设计加载值时，然后再在试件端部逐级施加扭矩进行有限元分析，直至试件破坏。

（a） 型钢有限元模型 （b）纵筋、箍筋有限元模型 （c） 整体有限元模型

图1有限元模型

3 计算结果及分析

为得到不同因素对构件受扭行为的影响，现分别对三组型钢混凝土复合受力构件进行分析比较，研究轴压比、型钢尺寸、构件截面尺寸等因素对型钢混凝土复合受力构件受压扭作用下的承载能力和变形能力的影响。

3.1 轴压比的影响

本文第一组试件，在保证混凝土强度等级、箍筋间距、纵向配筋率、试件截面尺寸、型钢尺寸等因素不变的情况下，通过改变轴压比来分析型钢混凝土复合受力构件在压扭状态下的性能。

图3轴压比对构件开裂扭矩的影响曲线图4轴压比对构件极限扭矩的影响曲线

从图3中不同轴压比下构件的开裂扭矩――轴压比曲线可以得出，在试验的轴压比范围内（轴压比不超过0.6），随着轴压比的加大，构件的开裂扭矩也跟随着提高，基本呈现线型增长，增长幅度较大，当轴压比从0增加至0.6时，开裂荷载从8.029kN提高到了21.2kN，提高了164%。这是由于轴压力的存在，使扭矩产生的混凝土主拉应力减小，从而提高了试件的开裂扭矩。

同理如图4所示，不同轴压比下构件的极限扭矩――轴压比曲线可以得出，在试验的轴压比范围内，随着轴压比的加大，试件的极限扭矩也跟随提高。这是由于轴压力的存在，改善了混凝土的相互咬合作用和纵筋暗销作用，使扭矩产生的混凝土主拉应力，型钢、纵筋、箍筋产生的拉应力减小，从而提高了试件的极限扭矩。

（a）SRC T3试件总变形图（b） SRC T4试件总变形图 （c） SRC T5试件总变形图

图5 试件总变形图

通过图5可知，随着轴压比的加大，型钢混凝土构件达到极限扭矩时的变形变小。这说明，轴压比的增大，在增加构件承载力的同时，也降低了构件的延性，不利于抗震。因此，在分析试验结果的基础上，本文建议型钢混凝土柱的轴压比最好控制在0.6以内。

3.2 型钢尺寸的影响

本文第二组试件，在保证轴压比、混凝土强度等级、截面尺寸、箍筋间距、纵向钢筋配筋率等因素不变的情况下，通过变化试件内部型钢尺寸的方法分析了型钢混凝土复合受力试件在压扭状态下的性能。

图6型钢尺寸对试件开裂扭矩的影响曲线 图7型钢尺寸对试件极限扭矩的影响曲线

注：图中横坐标数值1表示型钢尺寸为100×100×6×8；2表示型钢尺寸为150×100×6×9；3表示型钢尺寸为200×100×5.5×8。

从图6和图7可以得出：随着试件含钢量的提高，试件的开裂扭矩和极限扭矩都成增长趋势，与理论分析结果吻合较好。但是从图中可以发现，开裂扭矩与极限扭矩的增长率不同，极限扭矩的增长率后期变小，造成这种现象是由于软件计算时不考虑混凝土的压碎，当裂缝过宽或构件局部变形过大时就认为试件破坏，所以当试件含钢量较大时，试件可能还没有达到极限能力承载状态，软件就停止工作，计算值比实际的受力值要偏小。在实际工程中，型钢截面尺寸过大容易造成混凝土保护层过小，影响型钢与混凝土之间的粘结作用，使型钢与混凝土难以共同工作，易产生粘结失效破坏，因此，构件的含钢量不能太大。根据文献[4]、国内外的情况及本文的分析试验，建议型钢混凝土柱的含钢量不低于3%。

3.3 构件截面尺寸的影响

本文第三组试件，在保证轴压比、混凝土强度等级、型钢尺寸、箍筋间距、纵向钢筋配筋率等因素不变的情况下，通过变化试件截面尺寸的方法分析了型钢混凝土复合受力构件在压扭状态下的性能。

图8截面尺寸对试件开裂扭矩的影响曲线图9截面尺寸对试件极限扭矩的影响曲线

从图8和图9可以得出：随着试件横截面尺寸的变大，试件的开裂扭矩和极限扭矩都成线型增长趋势，并且试件的开裂扭矩和极限扭矩提高幅度都很大，当截面尺寸从200mm×240mm变化到260mm×300mm时，试件的开裂扭矩值提高了77.1%，极限扭矩提高了40.1%。由此可知，试件截面尺寸的大小，对型钢混凝土复合受力构件在压扭作用下的受力性能影响显著。

4 结语

通过上述分析，得出以下结论：

（1）用ANSYS软件对型钢混凝土压扭构件进行非线性有限元分析是可行的，并且其计算结果总体上能够正确的反应构件受扭的性能。

（2）轴压比、型钢尺寸以及构件截面尺寸等因素对试件的性能都有较大影响。其中，为保证型钢混凝土构件具有足够的延性，本文建议型钢混凝土柱的轴压比最好控制在0.6以内；为保证型钢与混凝土之间的粘结作用，避免构件含钢量太大，结合文献[4]、国内外的情况及本文的分析试验，建议型钢混凝土柱的含钢量不低于3%。

参考文献：

[1] 薛建阳，赵鸿铁.型钢混凝土粘结滑移理论及其工程应用.北京：科学出版社，2007

[2] Hsu,h.-L., Wang,C.-L. Flexural-Torsional behavior of steel reinforced concrete members subjected to repeated loading. Earthquake Engineering and Structural Dynamics.2000,667～682

[3] 雷强.型钢混凝土受扭构件的非线性有限元分析.西安建筑科技大学硕士论文，2007.5