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有限元数值分析与力学后处理

Mccp 提供基于弹性半空间地基多层板有限元的数值分析工具，可查看三个临界荷位下的挠度、应力和应变，并通过二维云图、三维分层块体云图及路径曲线分析结果。

功能定位

数值分析用于科学研究、受力规律分析和规范闭式解对比，不会参与路面结构设计验算，也不会改变或写入设计计算报告。工程设计与验算结论仍以项目所选规范的计算方法和“路面结构设计验算”报告为准。

该功能依赖服务器启用相应菜单、计算组件和用户权限。若界面中没有“层间结合条件”“荷位设置”“数值求解”或“力学计算后处理”，表示当前环境尚未开放该功能，不影响规范设计与报告生成。

计算前准备​

执行数值求解前，应完成以下设置：

  1. 新增或打开项目，并确认设计规范；
  2. 在“路面材料设置”中选好各层材料；
  3. 在“路面结构设置”中填写板长、板宽、各层厚度和材料，保存并绘制模型；
  4. 进入“路面结构设计验算”，逐页填写并保存基本参数、交通参数、结构参数和其他参数；
  5. 返回主界面，必要时先查看“层间结合条件”和“荷位设置”。

若提示“板尺寸未设置”，请回到“路面结构设置”补充水泥混凝土板长度和宽度。若提示“路面结构数据不完整”，请回到“路面结构设计验算”逐页检查并保存。

层间结合条件​

“层间结合条件”以只读结构图展示当前工程实际采用的板层、界面和地基参数。窗口中的数值由当前规范和已经保存的工程参数计算，不能在该窗口直接修改。

两版规范显示的力学口径不同：

设计规范窗口主要显示内容
JTG 3340—2026层间竖向刚度系数 kvk_v、温度作用相关参数 kv,tk_{v,t}、复合界面结合系数 χ\chi 和板底地基当量回弹模量 EtE_t
JTG D40—2011面层板与基层板弯曲刚度关系、折算当量板、层间系数及板底地基当量回弹模量 EtE_t

板层用实体框表示；不参与板计算的结构层以淡化虚框表示。修改材料、厚度或验算参数后，应重新保存工程参数，再打开此窗口复核。

荷位设置​

“荷位设置”用于查看规范设计轴载一侧双轮组的当量荷载圆，以及以下三个临界荷位：

  • 板中；
  • 横缝中部；
  • 纵缝中部。

选择荷位并点击“查看”，荷载布置会显示在三维模型中，同时给出当量荷载半径。该窗口仅供查看，不能修改荷位。执行数值求解时，软件会自动计算三个荷位；后处理时可分别切换查看。

数值求解​

点击工具栏或左侧流程栏中的“数值求解”，选择分析类型后点击“确定”：

分析类型适用说明
Reissner–Mindlin 板默认选项，考虑横向剪切变形，适合一般厚板受力分析
Kirchhoff 板薄板理论，与规范附录中的经典薄板闭式解口径更接近，适合对比校核

任务提交后，可在底部进度区查看排队、计算和完成状态。任一临界荷位计算失败时，本轮求解视为未完成，云图和路径分析不能使用不完整结果。

求解结果按项目保存。重新打开工程时，如果板尺寸、厚度、材料、荷载、规范参数和板理论均未改变，软件可复用已有结果；输入发生变化时会重新求解并清除旧的后处理缓存。主动修改工程后，建议再次点击“数值求解”，确认使用的是最新结果。

力学云图​

完成求解后，点击“力学云图”，选择荷载位置、数据类型和展示方式。

二维平面云图​

二维云图需要输入 Z 截面位置，单位为 mm。板顶为 0，向下取负值；界面会根据当前结构预填常用的板层界面位置，绘图前仍应核对它是否就是需要查看的深度。软件按最终填写的 Z 值提取水平切片并绘制等值云图。

三维分层块体云图​

三维云图无需预先填写 Z 截面，可直接查看各板层顶、底面的结果。窗口支持：

  • 切换板中、横缝中部和纵缝中部荷位；
  • 切换挠度、正应力、剪应力、Mises 应力、主应力和应变等物理量；
  • 沿 X 或 Y 方向移动剖面；
  • 在全场范围和当前视图自适应色标之间切换；
  • 反转色条、保存 PNG 或将当前图形加入截图。

云图反映当前有限元模型的空间分布，不等同于规范报告中的疲劳应力、温度应力或可靠度组合值。

路径定义与数据分析​

需要查看某一方向上的结果变化时，先点击“路径定义/绘制”：

  1. 点击“新增”，填写路径名称和分段数；
  2. 输入 Z 截面位置和路径长度；
  3. 选择 X 向或 Y 向路径，并输入路径位置；
  4. 点击“确定”保存路径，可通过“显示/隐藏”检查路径在模型中的位置。

再打开“路径数据分析”，从左侧选择已经定义的路径，然后选择荷载位置和数据类型，点击“确定”生成沿路径的结果曲线。分析深度取自该路径自己的 Z 截面位置，不在数据分析窗口重复填写。

修改模型后的顺序

材料、结构厚度、板尺寸、荷载或验算参数发生变化后，请按“保存参数 → 数值求解 → 力学云图/路径数据分析”的顺序重新执行。只重新打开旧云图，可能无法代表当前模型。

当前模型范围​

  • 地基按均质弹性半空间处理，板底地基参数来自当前规范计算；
  • 多层板界面按软件当前可表达的连接方式建模；部分结合的复合面层会先按规范口径折算为当量板；
  • 当前数值链路计算车辆荷载响应，不计算规范附录中的温度应力全过程；
  • 数值分析结果不生成原有 FBM“力学分析计算书”，也不替代 PDF 或 Word 版设计报告。

遇到“未求解”提示时，先确认求解任务已经完成，而不是仅完成提交；遇到当前环境未安装计算组件的提示时，请联系系统管理员处理，规范设计验算仍可正常使用。