鑄鋼節(jié)點(diǎn)有限元計(jì)算分析方法

[摘要]本分析報(bào)告采用國(guó)際大型通用有限元軟件 ABAQUS對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元受力分重點(diǎn)關(guān)注鑄鋼節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)、變形狀態(tài)以及彈塑性。

【關(guān)鍵詞]鑄鋼節(jié)點(diǎn);有限元分析

1. 前言

2. 鑄鋼節(jié)點(diǎn)是近年來(lái)隨著大跨空間桁架結(jié)構(gòu)體系發(fā)展起來(lái)的一種新型的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形式，具有受力明確、直接、承載力大，減少了節(jié)點(diǎn)板、節(jié)點(diǎn)球的次應(yīng)力對(duì)

3. 結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，可在工廠內(nèi)整體澆鑄，具有良好的適應(yīng)性，可根據(jù)建筑需要生產(chǎn)出具有復(fù)雜外形和內(nèi)腔的節(jié)點(diǎn)。因其優(yōu)越的性能，在國(guó)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大跨空間桁架鋼結(jié)構(gòu)中的重要節(jié)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)也在逐步推廣應(yīng)用。

多數(shù)典型工程材料的性能，包括金屬、橡膠、聚合物、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮的彈性泡沫，以及地質(zhì)材料，例如土壤和巖石等。作為一種通用的模擬工具，應(yīng)用ABAQUS不僅能夠解決結(jié)構(gòu)分析(應(yīng)力/位移)問(wèn)題，而且能夠模擬和研究包括熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、電子元器件的熱控制(熱一電耦合分析)、聲學(xué)、土壤力學(xué)(滲流一應(yīng)力耦合分析)和壓電分析等廣闊領(lǐng)域中的問(wèn)題。

ABAQUS 為用戶提供了廣泛的功能，使用起來(lái)又十分簡(jiǎn)便。即便是最復(fù)雜的問(wèn)題也可以很容易地建立模型。例如，對(duì)于多部件問(wèn)題，通過(guò)對(duì)每個(gè)部件定義合適的材料模型，然后將它們組裝成幾何構(gòu)形。對(duì)于大多數(shù)模擬，包括高度非線性的問(wèn)題，用戶僅需要提供如結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料性能、邊界條件和荷載工況這些工程數(shù)據(jù)。在非線性分析中，ABAQUS 能自動(dòng)選擇合適的荷載增量和收斂準(zhǔn)則，ABAQUS 不僅能夠自動(dòng)選擇這些參數(shù)的值，而且在分析過(guò)程中也能不斷地調(diào)整這些參數(shù)值，以確保獲得精確的解答。對(duì)于控制問(wèn)題的數(shù)值求解，用戶幾乎不必去定義任何參數(shù)。

4. 有限元分析模型的建立在AutoCAD建立節(jié)點(diǎn)模型后直接導(dǎo)入ABAQUS軟件中進(jìn)行分析。材料模型為線彈性，鋼材彈性模量由于鑄鋼節(jié)點(diǎn)幾何構(gòu)造比較復(fù)雜，選用實(shí)體單元C3D4對(duì)幾何模型進(jìn)行自由劃分。單元網(wǎng)格采用細(xì)分網(wǎng)格的網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)方法，確定合適的網(wǎng)格，控制單元最小尺寸，以保證有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

分析模型及材料特性的選取均參考原設(shè)計(jì)關(guān)于鑄鋼節(jié)點(diǎn)的說(shuō)明及《鑄鋼節(jié)點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS235:2008相關(guān)的規(guī)定和規(guī)程GBT11352-2009《一般工程用鑄造碳鋼件》的相關(guān)規(guī)定。

材料:理想彈塑性材料，滿足Von-Mises屈服準(zhǔn)則;鑄鋼節(jié)點(diǎn)采用GS-20Mn5V，屈服強(qiáng)度取300Mpa。圖1所示為鑄鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線。

4有限元分析結(jié)果

為了便于了解節(jié)點(diǎn)內(nèi)部鑄鋼的應(yīng)力狀態(tài)，圖6給出了節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的應(yīng)力云圖。

5.鑄鋼節(jié)點(diǎn)有限元分析結(jié)論

在設(shè)計(jì)荷載作用下，鑄鋼件節(jié)點(diǎn)mises應(yīng)力值不超過(guò)材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在最不利荷載組合下鑄鋼節(jié)點(diǎn)的最大應(yīng)力為270.5N/mm2，不超過(guò)鑄鋼材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，鑄鋼節(jié)點(diǎn)一(滿足設(shè)計(jì)要求。