静力分析设置(SA)控制着程序在计算荷载工况和荷载组合时所使用的计算方法。 程序预设了三种标准的静力分析设置。
基本
用户可以在【基本】选项卡中管理静力分析设置的各项参数。
分析类型
该对话框控制着分析荷载工况和荷载组合的计算理论。 用户可以在“分析类型”下拉菜单中选择程序计算荷载工况和荷载组合时的分析方式:
一阶分析(几何线性)
该分析类型假设结构的变形为小变形,以未变形的结构作为计算模型, 结构刚度矩阵不变,内力、变形与荷载线性相关。
程序默认使用“一阶分析(几何线性)”计算各个荷载工况。
二阶分析 (P-Δ)
该分析类型假设结构的变形为小变形,由于结构中存在具有非线性力学性能的对象, 结构刚度会随着内力、变形的变化而不断变化。 程序会将荷载分步施加到结构上, 每施加一次就重新计算一次结构的刚度、变形和内力,反复迭代直至收敛。
程序默认使用“二阶分析(𝑃−∆)”计算各个荷载组合。
三阶分析(大变形)
大变形分析在计算中会考虑纵向力和横向力。 在每个迭代步骤之后,都会创建变形系统的刚度矩阵。 杆件发生扭曲后,荷载的作用方向将保持不变。
当模型中包含索类型的杆件,程序默认使用“三阶分析(大变形)”计算所有荷载工况和荷载组合。
非线性分析的迭代法
用于求解非线性方程的代数方程组 和大变形分析,使用 Newton-Raphson 法。
牛顿-拉夫森(Newton-Raphson)
刚度矩阵每次迭代后都进行更新。 切向刚度矩阵是根据当前变形状态确定的;在每个迭代周期中都会反转。 在大多数情况下,此方法可以快速收敛。
牛顿-拉夫森&超临界分析
为了解决按照大变形分析的超临界分析问题,必须要克服结构的不稳定性。 如果迭代存在不稳定性并且无法反转刚度矩阵,则使用最后一个稳定迭代步的刚度矩阵。 程序会一直使用矩阵进行计算,直到再次达到稳定范围。
非线性分析的控制
用户可以在对话框该部分定义非线性迭代的最大次数和荷载增量数目。 “最大迭代次数”控制着二阶分析、三阶分析的最大运行次数。 当迭代次数达到极限但没有收敛时, 程序会出现相应的提醒,用户可以决定是否显示该结果。
“荷载增量的数目”控制着荷载分为几步施加在结构上。 也要进行迭代计算。 则荷载分为两步施加在结构上, 第一步施加一半的荷载, 程序反复迭代直至达到平衡状态, 然后在此基础上施加另一半荷载, 并再次进行迭代。
选项 I
用户可以在对话框该部分设置二阶分析、 也要进行迭代计算。
调整标准精度和误差设置
用户可以使用该功能控制各种迭代计算的收敛误差。 用户勾选该功能后,可以在【精度和误差】选项卡中定义各种受收敛误差。
忽略所有非线性
用户可以使用“忽略所有非线性”功能, 在计算中停用模型中单元的非线性属性,程序会将其视为线性对象进行计算。 例如,勾选该功能后,模型中“拉杆”类型的杆件在受压时仍会正常工作。 用户可以在进行测试、初步设计时勾选该功能,在实际设计中仍应考虑各种对象的非线性。
选项 II
通过乘数因子调整荷载
用户勾选该功能后,可以输入荷载系数𝑘,
计算中所有荷载都将乘以该系数。 部分规范规定在使用二阶分析进行稳定性设计时,需将荷载进行放大; 但在进行强度验算时不需将荷载放大。
用户可以通过勾选“通过乘数因子调整荷载”, 在荷载系数𝑘中输入放大系数,并勾选“结果除以荷载系数”来实现上述要求。
考虑杆件拉力的有利影响
对于张拉结构,杆件中的拉力会对结构提供有利的影响, 结构刚度增大,趋于稳定。 程序在进行二阶分项和三阶分析时默认勾选该功能。
管道内部压力导致的管道变形(Bourdon effect)
波登效应(Bourdon effect)指的是管道在内部压力作用下,管道的轴线会从弯曲变直。 对于长管道、塑料管道,应考虑波登效应以避免意外变形和管道弯头处产生应力集中。 管道内部压力会导致管道在纵向上产生应变。
技术文章介绍了如何计算管道内部压力的示例。
保存所有荷载增量的结果
如果用户将“荷载增量的数目”设置为大于1,可以使用该功能查看每个增量步的结果。
基本设置
【基本设置】选项卡中可以管理非线性计算的各种基本参数。
永久荷载比
用户可以通过勾选“确定荷载组合”,以控制荷载组合中永久荷载的比例。 用户可以在该列表中选择荷载组合,或者使用 按钮创建一个新的荷载组合。 用户可以在“比较结果数值”中定义永久荷载和可变荷载的比例。
程序按照规范确定永久荷载在荷载组合中的比例。
迭代法设置
该对话框部分中的复选框对“二阶效应 (P-Δ)”分析很重要。
将内力引用到变形结构中
杆件的内力和弯矩是参照杆件的局部坐标系进行显示和计算,随着结构的变形,杆件局部坐标系不断变化。 用户可以取消勾选相应的内力,是程序根据未变形结构中杆件的局部坐标系显示和计算内力和弯矩。
质量转换为荷载
用户不仅可以使用力、弯矩定义荷载,还可以使用质量定义荷载。 但是,质量在结构分析中不起作用。 如果要考虑它们,请勾选'有效质量'复选框。 然后,输入'方向'的系数来描述质量的影响。 用户可以通过“质量转换为荷载”,来为结构施加以质量定义的荷载。(类似于结构所受的重力)
用户可以使用 按钮切换以质量系数输入荷载还是以加速度输入荷载。 输入栏的名称也会相应地调整。
精度和公差
精度和公差选项卡可以影响计算的收敛参数。 只有在特殊情况下才应该更改默认设置。
非线性计算收敛准则的精度
如果非线性效应在起作用,或者进行二阶或 大变形分析,可以通过收敛标准来影响计算。
最后两次迭代中的轴力的变化会按逐个杆件进行比较。 只有当两次迭代的结果差别小于一定数值时,才认为计算收敛。 然而在迭代过程中,可能会发生轴力在两个值之间摆动的情况。 用户可以通过调整“灵敏度”来避免这种钟摆效应。
在根据大变形分析进行计算时,精度也会影响变形变化的收敛准则,其中考虑几何非线性。 默认值为 1.00。 最小系数为 0.01,最大值为 100.00。 该值越小,收敛项越接近于比较项。 准确性越高。