（华北理工大学建筑工程学院，河北 唐山 063210）
摘要：简要介绍非线性有限元概念及基本算法, 浅谈结构非线性有限元分析之现状以及非线性有限元在结构工程中的各种应用。
关键词：有限元法；非线性有限元分析；结构工程
有限元方法的基本思想是将连续解区域分离成一组有限的单元，这些单元以某种方式相互连接。使用每个单元格中假设的近似函数来切割要在完整解决方案区域中求解的未知字段函数，因此，连续无限自由度问题成为离散的有限自由度问题。国际上通用的有限元软件有ABAQUS、ADINA、ANSYS、MARC、NASTRAN、SAP等。经过30多年的发展，ANSYS已经能够跟上计算机硬件和软件的最新发展。它已成为计算机辅助工程（CAE）和工程数值分析与仿真最有效的软件。结构非线性全过程分析中的迭代控制算法早已被提出[1-3]Newton-Raphson平衡迭代（NR方法迫使平衡解在每个负载增量结束时达到平衡收敛。近年来，国内外对非线性结构问题的数值解进行了大量的研究。修正的Newton-Raphson迭代法的出现为计算的准确性提供了保证[4]。
一、非线性有限元在结构工程中的应用
（一）非线性有限元分析在钢筋混凝土结构生命周期设计中的应用
韩涛等[5]采用非线性钢筋混凝土有限元软件分析了钢筋混凝土墩的荷载和破坏，并比较了在相同荷载条件下不同钢筋条件下桥墩的破坏模式。由于非线性钢筋混凝土有限元软件可以预测结构损伤的位置和范围，因此可以用来计算不同损伤情况下所需的维护成本。结合初始建设成本，可以比较每种情况的总体经济效益。
（二）非线性有限元分析在结构试验教学中的应用
郑宇等[6]对东莞理工大学土木工程专业结构实验教学内容进行了研究和改革。主要阐述了结构试验实验教学中存在的问题，提出了利用线性有限元技术进行计算机仿真辅助实验教学的思路和建议。以非线性有限元软件包Atena为例，介绍了钢筋混凝土简支梁的静载试验。研究结果表明，利用该数值模拟技术教授辅助结构实验是可行的。
（三）非线性有限元在复合桩支护结构分析中的应用
李治平[7]采用非线性有限元方法对江门某复合桩支护结构深基坑开挖过程进行了数值模拟。根据分析结果，提出了这种深基坑设计和施工的建议。基于江门复合桩支护结构的深基坑开挖弹塑性有限元模拟分析表明非线性有限元的使用可以反映材料的非线性特征，适应复杂的边界条件，并模拟施工过程。将其应用于复合桩支护结构分析，可以真实地反映其特点，取得理想的效果。
（四）非线性有限元在钢筋混凝土结构分析中的应用及应用ADINA对宽肢T形柱的非线性有限元分析
李丽文等[8]将有限元法应用于ADINA，分析钢筋混凝土宽腿T形柱截面的应变。分析结果与实验结论吻合。采用ADINA软件进行了单调加载下宽腿T形柱的非线性有限元分析。当轴向压力较低时，宽臂T形截面柱的截面性能受弯矩作为主要内力的控制，试件的损伤基本上是弯剪形损伤。平截面假设仍然适用，这与实验结论一致。实践证明，混凝土非线性有限元分析的应用可以很好地模拟混凝土和钢材的非线性，并模拟从应力到失效的整个过程。
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（五）钢筋混凝土梁非线性有限元分析在实际工程中的应用
曹丽园等[9]介绍了ANSYS中钢筋混凝土梁的建模过程，并对其性能进行了评价，并提出了实际工程建议。应该校正由PKPM直接产生的梁加固，否则框架结构中的梁将是超强的。
（六）框格式地下连续墙防冲结构非线性有限元分析
魏丽琴等[10]建议使用框架式地下连续墙作为抗冲击保护结构，并基于ABAQUS有限元软件，使用Mohr-Coulomb屈服准则。考虑非关联流动规则，建立了有限元数值计算模型。通过多案例和多程序比较，详细分析了抗冲击结构的应力和变形。结果表明，该结构可以显着改善明渠出口处的冲刷问题，为类似工程设计提供参考。
二、结语
非线性有限元分析可以解决很多实际的工程问题，在不同的领域中应用不同分析方法，可以有效的解决实际工程中各种问题。在未来的发展中，非线性有限元分析法将会应用到更多的领域当中，来解决其他领域中解决不了的问题。
参考文献
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作者简介：田如镇（1990年—），男，汉族，河北唐山人，硕士在读，单位为华北理工大学建筑工程学院，研究方向为结构工程。
论文作者:田如镇
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年4月下
论文发表时间:2018/10/8
标签：有限元论文; 结构论文; 工程论文; 钢筋混凝土论文; 中国论文; 截面论文; 钢筋论文; 《新材料.新装饰》2018年4月下论文;