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土木建筑行业的CAE解决方案

       在世界范围内,CAE技术在土木行业中钢结构和混凝土房屋建筑、体育场馆、桥梁、大坝、隧道及地下建筑物等工程中得到了广泛的运用。利用CAE软件可以对结构在各种外载荷条件下的受力、变形、稳定性等各种动力特性做出全面分析,并从力学计算、组合分析等方面提出了全面的解决方案,为土木工程师提供功能强大且方便易用的分析手段。
  除了通用有限元分析软件Abaqus、Ansys和Msc.Marc之外,也有不少专业的数值模拟软件面向建筑结构、岩土工程,桥梁工程和水利工程等的仿真分析。
  1)建筑结构专业仿真软件:PKPM,SAP2000等
  2)岩土工程仿真软件:FLAC/FLAC3D、UDEC/3DEC、PFC2D/PFC3D、slide、Slope/W、ADINA、GeoFEM、Examine3D等
  3)桥梁工程仿真软件:CivilFEM,STAAD,ADINA,Midas/Civil、SAP2000,DIANA等
  4)建筑环境仿真软件:CivilFEM、ADINA、Phoenix、Flovent、Fluent等。
  5)水利工程仿真软件:ADINA、FLUENT、FLOW-3D、MIKE、Delft3D等
钢筋混凝土结构工程
  建筑结构工程作为最早期的工程学科之一涵盖着相当广泛的科学技术领域。从土木建筑、桥梁结构、水工结构,到公路、隧道、地下工程等方面都离不开结构的设计与计算分析。计算模拟在这一领域起步最早、发展最快。国外大型模拟软件大都是从满足结构计算开始的。目前,数值模拟在建筑结构行业发展的相当成熟,不仅有大量的通用模拟软件、而且还有众多的针对某个专业需求的数值模拟软件可供选择。
  目前主流仿真软件可以进行分析内容包括:

  •        混凝土静力分析:混凝土坍落度测定、钢筋加强的混凝土板分析、混凝土板崩塌分析、高温环境下的钢筋混凝土梁分析、现浇薄壁筒桩水平受荷分析等


  •        混凝土结构动力分析:风载荷、地震载荷以及其他冲击载荷对建筑结构的冲击等。
  • 岩土工程
      岩土工程专业是解决各类工程中关于岩石、土的工程技术问题的科学。虽然岩土工程计算机分析在大多数情况下只能给出定性分析结果,但岩土工程计算机分析对工程师决策是非常有意义的。开展岩土工程问题计算机分析研究是一个重要的研究方向。岩土工程问题计算机分析范围和领域很广,随着计算机技术的发展,计算分析领域还在不断扩大。
      岩土介质的力学性质非常复杂,影响其应力和变形的因素很多,例如岩土的结构、孔隙、密度、应力历史、荷载特征、孔隙水及时间效应等等,这种复杂性决定了技术人员在计算有关岩土问题时往往需要做一些针对具体问题的创新性研究或改进。
      目前主流仿真软件可以进行分析内容包括:

    •        边坡、基坑、隧道、大型地下洞室、堤防、桩基、码头、大坝、桁架等或其它复杂结构的应力、应变、拉压弯剪扭等。
    •        土木工程开挖、建筑、回填引起的地基或建筑的应力、变位、渗流、固结、沉降等变化过程仿真。
    •        桩土共同作用分析
    •        土壤切削
    •        复杂系统的碰撞、打击(打桩)、地震、损伤、裂缝、破碎、屈曲、爆破、地震、蠕变、水击、热分析、热固耦合等高度非线性仿真计算、安全评估等。

    桥梁工程
      桥梁工程是土木行业中最常见的建筑工程结构之一,对桥梁进行较为准确的受力分析,合理模拟其各种工况下的动态反应,对于桥梁的设计与安全控制有着十分重要的现实意义。
      目前主流仿真软件可以进行分析内容包括:

    •        桥梁预应力钢筋松弛、混凝土徐变、开裂、压溃以及结构温度应力等因素的影响
    •        箱梁的畸变应力,剪力滞效应以及桥粱构件与支撑部位的接触
    •        风力对桥梁的影响,如涡流激振、抖振等
    •        桥梁地震响应分析的多点激励谱分析
  • 建筑环境
      现代土木工程结构正向大型化、复杂化方向发展,需要高精度的结构分析与准确的过程仿真,作为结构设计、施工的基础。
      随着计算机模拟数值计算技术的发展,房屋建筑工程的设计分析进入了以有限元法为主的计算机数值模拟分析时代。
      目前主流仿真软件可以进行分析内容包括:

    •        室外风环境、室内通风、热岛效应、空调暖风系统等环境热分析
    •        建筑体风噪音、隔音分析
    •        污染物扩散

    水利工程
      水利范围包括防洪、排水、灌溉、水力、水道、给水、污渠、港工八种工程在内。进入20世纪后半叶,水利中又增加了水土保持、水资源保护、环境水利和水利渔业等新内容,水利的含义更加广泛。
      水工模拟内容主要包括计算流体力学(CFD),结构力学分析等内容。
      目前主流仿真软件可以进行分析内容包括:

    •        冲刷效应 (桥梁, 桥墩)、沉降池、洪水与侵蚀控制
    •        帕歇尔水槽、涵閘工程、海水养殖、环境污染/扩散、潮汐/河口效应影响
    •        沉积物处理分析、分离器、混合釜 、过滤、沉淀池 、淤泥池等