土木建筑行業(yè)的CAE解決方案

在世界范圍內(nèi)，CAE技術(shù)在土木行業(yè)中鋼結(jié)構(gòu)和混凝土房屋建筑、體育場館、橋梁、大壩、隧道及地下建筑物等工程中得到了廣泛的運(yùn)用。利用CAE軟件可以對結(jié)構(gòu)在各種外載荷條件下的受力、變形、穩(wěn)定性等各種動(dòng)力特性做出全面分析，并從力學(xué)計(jì)算、組合分析等方面提出了全面的解決方案，為土木工程師提供功能強(qiáng)大且方便易用的分析手段。

除了通用有限元分析軟件Abaqus、Ansys和Msc.Marc之外，也有不少專業(yè)的數(shù)值模擬軟件面向建筑結(jié)構(gòu)、巖土工程，橋梁工程和水利工程等的仿真分析。

1）建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)仿真軟件：PKPM、SAP2000等

2）巖土工程仿真軟件：FLAC/FLAC3D、UDEC/3DEC、PFC2D/PFC3D、slide、Slope/W、ADINA、GeoFEM、Examine3D等

3）橋梁工程仿真軟件：CivilFEM、STAAD、ADINA、Midas/Civil、SAP2000、DIANA等

4）建筑環(huán)境仿真軟件：CivilFEM、ADINA、Phoenix、Flovent、Fluent等。

5）水利工程仿真軟件：ADINA、FLUENT、FLOW-3D、MIKE、Delft3D等

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程

建筑結(jié)構(gòu)工程作為最早期的工程學(xué)科之一涵蓋著相當(dāng)廣泛的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。從土木建筑、橋梁結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)，到公路、隧道、地下工程等方面都離不開結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算分析。計(jì)算模擬在這一領(lǐng)域起步最早、發(fā)展最快。國外大型模擬軟件大都是從滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算開始的。目前，數(shù)值模擬在建筑結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展的相當(dāng)成熟，不僅有大量的通用模擬軟件、而且還有眾多的針對某個(gè)專業(yè)需求的數(shù)值模擬軟件可供選擇。

目前主流仿真軟件可以進(jìn)行分析內(nèi)容包括：

混凝土靜力分析：混凝土坍落度測定、鋼筋加強(qiáng)的混凝土板分析、混凝土板崩塌分析、高溫環(huán)境下的鋼筋混凝土梁分析、現(xiàn)澆薄壁筒樁水平受荷分析

混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析：風(fēng)載荷、地震載荷以及其他沖擊載荷對建筑結(jié)構(gòu)的沖擊等。

巖土工程

巖土工程專業(yè)是解決各類工程中關(guān)于巖石、土的工程技術(shù)問題的科學(xué)。雖然巖土工程計(jì)算機(jī)分析在大多數(shù)情況下只能給出定性分析結(jié)果，但巖土工程計(jì)算機(jī)分析對工程師決策是非常有意義的。開展巖土工程問題計(jì)算機(jī)分析研究是一個(gè)重要的研究方向。巖土工程問題計(jì)算機(jī)分析范圍和領(lǐng)域很廣，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算分析領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大。
巖土介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)非常復(fù)雜，影響其應(yīng)力和變形的因素很多，例如巖土的結(jié)構(gòu)、孔隙、密度、應(yīng)力歷史、荷載特征、孔隙水及時(shí)間效應(yīng)等等，這種復(fù)雜性決定了技術(shù)人員在計(jì)算有關(guān)巖土問題時(shí)往往需要做一些針對具體問題的創(chuàng)新性研究或改進(jìn)。

目前主流仿真軟件可以進(jìn)行分析內(nèi)容包括：

邊坡、基坑、隧道、大型地下洞室、堤防、樁基、碼頭、大壩、桁架等或其它復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、拉壓彎剪扭等。

土木工程開挖、建筑、回填引起的地基或建筑的應(yīng)力、變位、滲流、固結(jié)、沉降等變化過程仿真。

樁土共同作用分析

土壤切削

復(fù)雜系統(tǒng)的碰撞、打擊(打樁)、地震、損傷、裂縫、破碎、屈曲、爆破、地震、蠕變、水擊、熱分析、熱固耦合等高度非線性仿真計(jì)算、安全評估等。

橋梁工程

橋梁工程是土木行業(yè)中最常見的建筑工程結(jié)構(gòu)之一，對橋梁進(jìn)行較為準(zhǔn)確的受力分析，合理模擬其各種工況下的動(dòng)態(tài)反應(yīng)，對于橋梁的設(shè)計(jì)與安全控制有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前主流仿真軟件可以進(jìn)行分析內(nèi)容包括：

橋梁預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛、混凝土徐變、開裂、壓潰以及結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力等因素的影響

箱梁的畸變應(yīng)力，剪力滯效應(yīng)以及橋粱構(gòu)件與支撐部位的接觸

風(fēng)力對橋梁的影響，如渦流激振、抖振等

橋梁地震響應(yīng)分析的多點(diǎn)激勵(lì)譜分析

建筑環(huán)境

現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)正向大型化、復(fù)雜化方向發(fā)展，需要高精度的結(jié)構(gòu)分析與準(zhǔn)確的過程仿真，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)。

隨著計(jì)算機(jī)模擬數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，房屋建筑工程的設(shè)計(jì)分析進(jìn)入了以有限元法為主的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬分析時(shí)代。

目前主流仿真軟件可以進(jìn)行分析內(nèi)容包括：
     室外風(fēng)環(huán)境、室內(nèi)通風(fēng)、熱島效應(yīng)、空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)等環(huán)境熱分析 

建筑體風(fēng)噪音、隔音分析

污染物擴(kuò)散

水利工程

水利范圍包括防洪、排水、灌溉、水力、水道、給水、污渠、港工八種工程在內(nèi)。進(jìn)入20世紀(jì)后半葉,水利中又增加了水土保持、水資源保護(hù)、環(huán)境水利和水利漁業(yè)等新內(nèi)容，水利的含義更加廣泛。
水工模擬內(nèi)容主要包括計(jì)算流體力學(xué)（CFD），結(jié)構(gòu)力學(xué)分析等內(nèi)容。

目前主流仿真軟件可以進(jìn)行分析內(nèi)容包括：

沖刷效應(yīng) (橋梁, 橋墩)、沉降池、洪水與侵蝕控制

帕歇爾水槽、涵閘工程、海水養(yǎng)殖、環(huán)境污染/擴(kuò)散、潮汐/河口效應(yīng)影響

沉積物處理分析、分離器、混合釜 、過濾、沉淀池 、淤泥池等