摘要：随着我国工业水平的不断提升，有限元法被广泛应用于机械工程领域中。基于此，本文介绍了有限元法的基本原理，将有限元法与ANSYS软件结合使用，实现有限元法基础下地基基础可靠度的分析，同时运用优化设计理论与有限元分析方法，探讨地基基础的优化设计，借助ANSYS软件实现地基基础的优化设计，以此来提高可靠度分析的效率与精度，减少计算误差。
关键词：有限元法；地基基础；可靠度
前言
地基基础工程是一种隐蔽工程，它的影响因素有很多，任一环节出错都会给建筑物留下安全隐患。由于地基基础的设计与施工质量直接关系到建筑物的安危，因此，地基基础工程在整个建筑工程中显得尤为重要，相关工作人员需要利用有限元法分析地基基础的可靠度，同时对地基基础的结构进行优化设计，提高整个建筑的安全系数。
一、有限元法基础下地基基础可靠度分析
（一）有限元法基本原理
设计人员在对工程结构进行设计的过程中，当指标的实际值超出规定范围时，则认为该实际值为无效值，可以用公式Pf=n(Z>[Z]）/N，表示利用有限元法进行可靠度分析时的失效概率，其中，Z代表指标的实际值，[Z]代表容许值。指标的实际值不是通过函数计算得到的，它是利用有限元分析提取的数值，基于有限元法对工程结构进行力学分析，以此来计算未知量的数值，进而计算各单元的应力与应变大小。有限元法基础下的可靠度分析原理需要抽取工程结构的随机变量，根据抽样的值利用有限元分析法求得指标实际值Z，将上述步骤重复N次后，统计并分析全部的目标函数Z的数值，以此来得出工程的可靠度。
（二）基于有限元法的地基基础可靠度分析
ANSYS软件是由美国研发的大型通用有限元分析软件，该软件为结构有限元分析提供了更多的功能，如：屈曲分析、接触分析以及结构线性分析等等。ANSYS软件中的可靠度分析模块由结构可靠度分析与结构有限元分析组成，利用参数建立有限元模型，之后对结构进行有限元分析，然后使用可靠度分析模块对有限元的分析结果进行可靠度分析。
交互方式与批处理方式是有限元可靠度分析常用的方法，在使用有限元法基进行地基基础的可靠度分析时，首先需要生成参数化有限元模型，设置输入变量与输出变量，指定的结果指标Z为输出变量，输入变量指的是影响结果指标的随机变量，工作人员需要掌握各随机变量的数字特征与分布类型，然后抽取随机机组随机变量的值，将这些随机变量作为参数，建立有限元模型，建模之后开展施加荷载与单元划分等处理工作。
地基基础的设计必须满足相应的变形、刚度、强度要求。在地基基础的施工中，地基结构的不确定性、材料物理力学性质的不确定性以及荷载的不确定性等原因，都会使地基基础的设计具有不确定性，所以工作人员在可靠度分析时，常常将对工程影响最大的因素作为输出变量，将产生影响较小的因素作为输入变量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆然后利用有限元分析模型，提取输出变量的数值，在取得结果后，重新建立有限元模型，提取输出变量，接着重复上述步骤，在重复N次之后，统计所有的输出变量，获得输出变量的灵敏度等信息[1]。
二、有限元法基础下地基基础可靠度优化设计
有限元法基础下地基基础可靠度优化设计，常常需要利用到ANSYS软件。CAE的应用方法很多，有限差分法、边界元法以及有限元法都是CAE的重要组成功能部分，因此，CAE被广泛应用于各个行业中。无论是有限差分法、边界元法还是有限元法，它们都有各自的应用领域与数学基础，本文主要介绍有限元法基础下地基基础可靠度优化设计方法。
（一）可靠度优化设计的原理概述
地基基础可靠度优化设计，是指基于地基基础工程结构的安全可靠，寻找地基基础最合理结构的设计方法。地基基础可靠度优化设计一方面要满足地基基础的刚度性能与强度性能的需求，另一方面还要追求地基基础工程的投资最小、质量最佳以及占地面积最小等设计目标。可靠度优化设计首先需要设计一个方案，令该方案满足相应的约束条件，进而求出某一指标的最小值。 相关人员在计算目标函数的数值时，需要保证设计变量符合状态变量的约束条件，在此基础上，计算得出目标函数的最小值。通常情况下，可靠度优化设计中常用的计算方法有4种，分别为：迭代算法、数学规划法、准则法、解析法，其中应用最广泛的是迭代算法。
（二）基于有限元法的地基基础优化设计方法
地基基础结构较为复杂，使用迭代算法进行地基基础的可优化设计比较费时，也极易出错，所以，设计人员可以将迭代算法与有限元法相互结合，提高工作效率。使用这种方法时，设计人员需要利用初始设计变量对地基基础结构进行有限元建模，利用有限元法求得目标函数与状态变量，然后应用迭代算法计算地基基础的优化结果。这种方法是“分析-评估-修正”反复循环的过程，基于有限元法的可靠度优化设计方法主要可分为三个阶段：（1）利用初始设计变量建立有限元模型，例如：施加荷载模型、单元划分以及实体模型等。（2）基于有限元模型，提取目标函数。（3）利用迭代算法求得最优解，这个阶段包含的内容较多，例如：确定优化计算的方法、设定状态变量需满足的条件、以及输出结果等。输出结果包括目标函数、状态变量、绘制设计变量以及优化参数的变化曲线等内容[2]。
总结
综上所述，有限元法基础下地基基础可靠度的分析与优化设计，可以保证建筑的质量符合标准。通过阅读上述内容，我们可以了解到，有限元法与ANSYS软件结合，可以减少工作人员的计算工作量，提高计算的精度与分析效率，使计算精度满足地基基础工程的实际需求，提高建筑的安全系数。所以，相关工作人员要充分考虑上述内容，探索更简便的优化计算方法，促进有限元法应用水平的提升。
参考文献
[1]雷红军.基于有限元法的地基基础可靠度分析与优化设计[D].华中科技大学,2006.
[2]路鑫,李旭东,黄维.随机有限元法分析结构可靠度及优化设计的方法分析[J].科技创新导报,2013,26:233.[2017-08-10].
论文作者:李春祥
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/9
标签：有限元论文; 地基基础论文; 可靠论文; 变量论文; 优化设计论文; 结构论文; 工程论文; 《基层建设》2017年第27期论文;