本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)分析
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種對鑄鋼節(jié)點有限元分析的方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國體育場館、會展中心、機場候機樓、鐵路車站、高層建筑等大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)的快速發(fā)展，鑄鋼節(jié)點以其優(yōu)美的外觀造型、優(yōu)良的力學(xué)性能及焊接工藝性能，越來越受到工程界的關(guān)注。近年來，在大跨度空間結(jié)構(gòu)及高聳結(jié)構(gòu)中，承載力大、構(gòu)造復(fù)雜的鑄鋼節(jié)點日益得到廣泛應(yīng)用，并取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。湄潭體育場按國家標準丙級規(guī)模設(shè)計，建筑面積21209平方米，座位20030個，內(nèi)設(shè)足球場、400米跑道。位于湄潭體育場37軸傘狀支撐底部的鑄鋼節(jié)點，多桿件交匯且內(nèi)力較大。因此如何按強度條件和剛度條件驗算鑄鋼節(jié)點的幾何尺寸，得到鑄鋼節(jié)點的構(gòu)造規(guī)則及其合理形式；如何為鑄鋼節(jié)點的試驗結(jié)果提供對比依據(jù)，保證湄潭體育場的使用安全，成為急需解決的問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的要解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種對鑄鋼節(jié)點有限元分析的方法，其特征在于：包括以下操作步驟：a）、建立鑄鋼節(jié)點三維模型；b）、采用彈塑性有限元分析，考慮到節(jié)點連接處應(yīng)力狀況較為復(fù)雜，局部可能存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致彈性應(yīng)力過大，采用彈塑性有限元分析符合實際情況；c）、分析荷載，分析時選取一根外弦桿的一個端面施加固定約束，其余端面根據(jù)整體結(jié)構(gòu)分析所得節(jié)點力施加荷載，為了忽略madis計算模型理想剛度與實際節(jié)點剛度的不同可能導(dǎo)致的差異，偏保守的使用了各桿件在madis計算模型中桿件交匯處的桿端內(nèi)力，并將桿端內(nèi)力通過耦合的點均勻地加載到各桿件的加載面上，通過對比分析，分別取出桿件軸壓力最大時荷載組合、軸拉力最大時荷載組合、桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的內(nèi)力予以驗算；d）、選擇材料屈服準則，材料屈服準則為vonmises準則；e）、單元類型和網(wǎng)格劃分，采用solid95單元，按照智能劃分實體單元；f）、應(yīng)力云圖比較分析，分別通過對桿件軸壓力最大時荷載組合、軸拉力最大時荷載組合、桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的應(yīng)力云圖及變形云圖進行比較，驗證鑄鋼節(jié)點的安全性。本發(fā)明按強度條件和剛度條件驗算鑄鋼節(jié)點的幾何尺寸，得到了鑄鋼節(jié)點的構(gòu)造規(guī)則及其合理形式；為鑄鋼節(jié)點的試驗結(jié)果提供了對比依據(jù)，保證了體育場的使用安全，推廣應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟和社會效益。附圖說明圖1是本發(fā)明的流程圖。圖2是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點桿件局部軸方向示意圖。圖4是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點鑄鋼件材料應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系曲線圖。圖5是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點模型網(wǎng)格劃分示意圖。圖6是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的工況應(yīng)力云圖a。圖7是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的工況應(yīng)力云圖b。圖8是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的工況應(yīng)力云圖c。圖9是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的工況剖面應(yīng)力云圖a。圖10是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的工況剖面應(yīng)力云圖b。圖11是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的工況剖面應(yīng)力云圖c。圖12是本發(fā)明實施例一的鑄鋼節(jié)點桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的工況變形云圖。圖中：1.主管；2.分支管a；3.分支管b；4.分支管c；5.分支管d。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限制：一種對鑄鋼節(jié)點有限元分析的方法，其特征在于：包括以下操作步驟：a）、建立鑄鋼節(jié)點三維模型；b）、采用彈塑性有限元分析，考慮到節(jié)點連接處應(yīng)力狀況較為復(fù)雜，局部可能存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致彈性應(yīng)力過大，采用彈塑性有限元分析符合實際情況；c）、分析荷載，分析時選取一根外弦桿的一個端面施加固定約束，其余端面根據(jù)整體結(jié)構(gòu)分析所得節(jié)點力施加荷載，為了忽略madis計算模型理想剛度與實際節(jié)點剛度的不同可能導(dǎo)致的差異，偏保守的使用了各桿件在madis計算模型中桿件交匯處的桿端內(nèi)力，并將桿端內(nèi)力通過耦合的點均勻地加載到各桿件的加載面上，通過對比分析，分別取出桿件軸壓力最大時荷載組合、軸拉力最大時荷載組合、桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的內(nèi)力予以驗算；d）、選擇材料屈服準則，材料屈服準則為vonmises準則；e）、單元類型和網(wǎng)格劃分，采用solid95單元，按照智能劃分實體單元；f）、應(yīng)力云圖比較分析，分別通過對桿件軸壓力最大時荷載組合、軸拉力最大時荷載組合、桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的應(yīng)力云圖及變形云圖進行比較，驗證鑄鋼節(jié)點的安全性。實施例一、一）、設(shè)計依據(jù)，參考的規(guī)范、規(guī)程和標準：1.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（gb50017-2003）；2.《鑄鋼節(jié)點應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》cecs235:2008；3.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中關(guān)于鑄鋼節(jié)點的說明；二）、分析軟件及原則，采用有限元軟件ansys12.0分析，有限元分析原則如下：1.節(jié)點有限元分析采用實體單元；2.復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)按照vonmises屈服準則判斷是否達到屈服；3.有限元計算時作用在節(jié)點上的外荷載（構(gòu)件內(nèi)力或支座反力）必須滿足剛體平衡條件；三）、材料特性：鑄鋼件材質(zhì)為：g20mn5qt，熱處理狀態(tài)為調(diào)質(zhì)，經(jīng)查《鑄鋼節(jié)點應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》可知，材料彈性模量e=2.06×105mpa，剪變模量g=7.9×104mpa，泊松比μ=0.3，線膨脹系數(shù)α=1.2×10-5/℃,質(zhì)量密度ρ=7.85×103kg/m3，鑄鋼化學(xué)成分表（％）如下表所示：牌號csi≤mnp≤s≤ni≤g20mn50.17～0.230.601.0～1.60.0200.0200.8注：ceq=c+mn/6+（cr+mo+v）/5+（cu+ni）/15（％）；鑄鋼力學(xué)性能如下表所示：牌號厚度屈服強度抗拉強度伸長率（%）抗沖擊性能（j）g20mn5qtt≤100300500～650≥22≥27根據(jù)cecs235中3.2.1條規(guī)定，設(shè)計強度取235mpa，計算時鑄鋼材料特性采用雙線性模型，其應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系為：式中，e為鑄鋼的彈性模量，為2.06×105mpa，屈服強度取300mpa,，極限抗拉強度取550mpa，進入塑性階段后，正切模量e1取6100mpa，采用多線性各向同性隨動硬化本構(gòu)關(guān)系，如附圖4所示；四）、對鑄鋼節(jié)點有限元分析的方法，包括以下操作步驟：a）、建立鑄鋼節(jié)點三維模型，鑄鋼節(jié)點包括主管1，所述的主管1位于下部，主管1的右側(cè)上部從前到后依次設(shè)置有分支管a2、分支管b3；主管1與分支管a2、分支管b3設(shè)置有弧形過渡管a；主管1的左側(cè)上部從前到后依次設(shè)置有分支管d5、分支管c4，主管1與分支管d5、分支管c4之間設(shè)置有弧形過渡管b；右側(cè)的分支管a2、分支管b3與左側(cè)的分支管d5、分支管c4之間設(shè)置有弧形過渡管c；分支管a2、分支管b3之間設(shè)置有弧形過渡圓角a，分支管d5、分支管c4之間設(shè)置有弧形過渡圓角b；所述的弧形過渡管a的弧長小于弧形過渡管b的弧長；b）、采用彈塑性有限元分析，考慮到節(jié)點連接處應(yīng)力狀況較為復(fù)雜，局部可能存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致彈性應(yīng)力過大，采用彈塑性有限元分析符合實際情況；c）、分析荷載，分析時選取一根外弦桿的一個端面施加固定約束，其余端面根據(jù)整體結(jié)構(gòu)分析所得節(jié)點力施加荷載，為了忽略madis計算模型理想剛度與實際節(jié)點剛度的不同可能導(dǎo)致的差異，偏保守的使用了各桿件在madis計算模型中桿件交匯處的桿端內(nèi)力，并將桿端內(nèi)力通過耦合的點均勻地加載到各桿件的加載面上，通過對比分析，分別取出桿件軸壓力最大時荷載組合glcb15、軸拉力最大時荷載組合glcb8和桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合glcb22的內(nèi)力予以驗算；d）、選擇材料屈服準則，材料屈服準則為vonmises準則；e）、單元類型和網(wǎng)格劃分，采用solid95單元，按照智能劃分實體單元；f）、應(yīng)力云圖比較分析，分別通過對桿件軸壓力最大時荷載組合、軸拉力最大時荷載組合、桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合的應(yīng)力云圖及變形云圖進行比較，驗證鑄鋼節(jié)點的安全性；1.桿件軸壓力最大時荷載組合glcb15，組合工況即1.2dl+0.98l1+1.4t1；內(nèi)力表如下表所示：計算結(jié)果：通過有限元軟件ansys12.0得出工況應(yīng)力云圖、工況剖面應(yīng)力云圖、工況變形云圖；2.軸拉力最大時荷載組合glcb8，組合工況即1.0dl+1.4w1+0.84t2；內(nèi)力表如下表所示：計算結(jié)果：通過有限元軟件ansys12.0得出工況應(yīng)力云圖、工況剖面應(yīng)力云圖、工況變形云圖；3.桿件的彎矩及剪力最大的工況時荷載組合glcb22，組合工況即1.2dl+1.4t1+0.84w2內(nèi)力表如下表所示：計算結(jié)果：通過有限元軟件ansys12.0得出工況應(yīng)力云圖見附圖6、附圖7、附圖8，工況剖面應(yīng)力云圖見附圖9、附圖10、附圖11；工況變形云圖見附圖12；通過云圖看出，在glcb22組合工況即1.2dl+1.4t1+0.84w2下最大變形6.6mm，節(jié)點大部分應(yīng)力處于100mpa以內(nèi)，最大應(yīng)力為204mpa，位于桿件中加勁板肋板區(qū)域；五）、結(jié)論：運用ansys、abaqus等軟件計算鑄鋼節(jié)點在荷載作用下的內(nèi)力和位移，對鑄鋼節(jié)點與構(gòu)件連接處、鑄鋼節(jié)點內(nèi)外表面拐角處等易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，按強度條件和剛度條件驗算鑄鋼節(jié)點的幾何尺寸，得到鑄鋼節(jié)點的構(gòu)造規(guī)則及其合理形式，并可為鑄鋼節(jié)點的試驗結(jié)果提供對比依據(jù)。本發(fā)明的上述實施例，僅僅是清楚地說明本發(fā)明所做的舉例，但不用來限制本發(fā)明的保護范圍，所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由各項權(quán)利要求限定。當前第1頁12