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也谈结构分析

Perform3D的使用手册里面有这样一段话“Keep in mind that the goal of structural analysis is not to get an accurate simulation of a structure’s behavior, but to get information to help in making design decisions. Once an analysis model has been set up, it is easy to be seduced into believing that the model is an exact representation of the real structure. It probably is not, and it does not need to be. The model must be sufficiently accurate to provide useful design information, but the analysis results are almost certainly approximate, no matter how sophisticated the analysis model.”喜欢这种观点,觉得它道出了结构分析的目的和精神,所以也曾专门发博文与大家分享。

最近与朋友交流时,遇到由这句话产生的两种见解。第一种见解是相对于Abaqus,Perform3D的计算准确性不高,只能用于方案阶段的分析。第二种见解是结构分析不需要很精确,因为软件在诸多方面发展不成熟。个人不是非常赞同这些观点,所以想写点东西与大家一起探讨。

关于结构分析得目的,我之前已经发表过自己的一些看法。随着我们实际需求的不同,每次分析的目的也不同。可以简单总结为“在当前技术条件下,利用计算机程序模拟特定问题,以尽可能的精度,得到有用的结论,为工程设计提供必要的技术支持”。这里主要想和大家分享一下我对以下几个关键词的理解。

1、当前技术条件:大家常忽略这一事实——我们所有的工作都是基于当前的技术条件,包括结构基本理论、对结构体系的理解、软件水平、精度的定义等等。所以所谓准确性是相对的,但应保证在当前技术条件下,分析结果是准确的。精度是结构分析中追求的最重要的内容之一。

2、特定问题:每次建模分析,我都必须搞清楚分析的目的是什么。大多数时候分析目的很明确,比如大震弹塑性分析、设计时的结构整体性能分析、节点有限元分析等等。但是在大的目标明确的前提下,还需要了解更深层次的分析目的。比如在罕遇地震下弹塑性时称分析中,是否有特殊楼层、特殊构件需要关注?最典型的例子是是否需要在某些楼层采用弹塑性楼板。

3、精度:所谓精度,也是相对于特定问题而言。结构整体性能分析和节点细部深化分析所需要的精度显然是不同的。比如,在大震分析时,我们关注的问题是结构整体性能指标,也就是层间位移角等。只要保证这些整体性能指标满足工程精度即可达到指导工程设计的目的。至于每根构件的损伤和塑形发展情况,则只能用于参考,其可信度需要工程师合理判断。就像Perform3D使用手册说的那样,在大震分析中并不需要追求太高的精度。一是技术条件本身并未那么完善;二是没有必要,因为追求精度也是要付出代价的。但对于节点细部分析,要求的精度就有所不同了。不但要保证内力、约束条件、材料非线性本构模型等计算条件的准确性,也要消除应力集中、沙漏等数值计算导致的误差。

4、有用的结论:如何利用分析得到的结果和结论,是非常重要的。往往做分析的人会将分析结果内容最大化,特别是做咨询的时候,其实里面有一部分是没用的,也有不可信的。但是对于设计者而言,必须要对分析报告中的结论加以理解、消化和舍取。通过结论,可以推断分析的可靠性。

5、分析的目的:虽然本人从事结构分析工作,但不得不承认,国人在利用结构分析这一工具时,有些跑偏。一是工程师对软件过分依赖。当我们讨论一个方案是否可行时,常听到这么一句话“算算看再说吧”。当然有些问题确实比较复杂,必须借助软件来帮忙。但是对于大部分问题,是应该通过基本力学知识和结构概念进行判断的。科技的进步,退化了人们的主动意识,也是进化的结果吧。二、结构分析被作为一种噱头。科技的进步,应称为结构设计的工具,为结构设计服务。诸多大型复杂项目实践也证明,软件、结构分析是可以为结构设计提供有力的技术支持。可惜,太多情况下结构分析只是为了增加文本内容,丰富PPT色彩斑斓的页面。给我感觉最强烈的是罕遇地震弹塑性分析,往往设计院只是需要这个文本做抗震审查,真正根据分析结果指导工程设计,调整设计内容的情况属于少数情况。在华东院等大型设计院会好一些。比如在石家庄勒泰广场酒店楼的设计中,由于平面布置比较复杂,前期方案设计即进行了弹塑性时称分析,发现了诸多问题,一次次优化方案,直至得到令人满意的结果。所以,软件、结构分析只是一把工具,如何让它为我们服务取决于我们自己。

另外,对于Perform3D和Abaqus哪个好的问题,我的观点是:软件只是工具,只要你会一个,把它用好,都可以很好的为你服务,达到解决问题的目的。

备注:原文日期2012-3-4

4 Responses

  1. 飞鱼哥哥说道:

    新版的第一个评论

  2. 秋水共长天一色说道:

    崔师兄的新博客版面很清爽哈! 好像现在没有留言这个页面了哈,还是说被你给隐藏了呢.

  3. cjc说道:

    现在改为Wordpress了,默认没有留言板。本来想让大家直接在文章后面留言讨论的。多谢秋水兄的宝贵意见。现在已经添加了留言板。欢迎继续关注和支持本网站!

  4. Yunior说道:

    Filnaly! This is just what I was looking for.

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