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角鋼有限元分析的網格和邊界處理

發布于:2024-01-23 20:29
有限元分析

      角鋼有限元分析時采用“掃略”和“自由網格”相結合的方式劃分網格,并手動劃分模型局部網格的大小。
      在模型的對稱面上施加對稱邊界條件,在模擬柱肢的鋼板上施加固定約束(ALLDOF),同時限制角鋼水平肢的豎向位移(DOFUY)。為了獲得角鋼在單調拉力荷載下的水平肢合力-位移關系,在角鋼水平肢端部橫截面施加水平位移荷載(Ux=10mm)。
      無肋角鋼的變形如圖所示,與加載前相比(見圖),由于限制了水平肢的豎向位移,因此水平肢以平動為主,變形的區域主要集中在角鋼的豎肢。由圖可知,角鋼豎肢的應力較大,水平肢的應力較小可忽略不計;豎肢與水平肢相交處鋼材屈服,沿著角鋼的長度方向形成了局部的“屈服帶”。由圖可知,高強度螺栓基本處于彈性狀態,只有螺桿的個別區域進入塑性狀態。
      單肋角鋼的變形與無肋角鋼的變形類似,變形的區域主要集中在角鋼的豎肢。由圖可知,角鋼豎肢的應力較大,水平肢大部分區域的應力較小可忽略不計;鋼材屈服的區域集中在豎肢與水平肢相交處、加勁肋與豎肢相交處和加勁肋的上部;豎肢開孔處的局壓應力很大,該處附近的鋼材同樣屈服。由圖可知,高強度螺栓基本處于彈性狀態,只有螺桿的個別區域進入塑性狀態。
      雙肋角鋼的變形特點與無肋、單肋角鋼的類似。由圖可知,角鋼豎肢的應力較大,水平肢大部分區域的應力較小可忽略不計;鋼材進入屈服的區域集中在加勁肋的中上部,其他區域的應力普遍低于鋼材的屈服應力。由圖可知,高強度螺栓的螺母處于彈性狀態,螺桿的部分區域進入塑性狀態。
      提取角鋼肢背處一點的水平位移和角鋼水平肢截面的合力,其關系如圖所示。由圖可知,由有限元模擬得到的無肋角鋼荷載-位移關系與理論分析結果非常接近,比較的結果證明了有限元模擬分析的正確性。如圖所示,提取3種角鋼的荷載-位移關系并將結果繪制在同一坐標軸中。結果表明:單肋、雙肋角鋼的屈服荷載、初始剛度分別約為無肋角鋼的2倍、3倍;設置加勁肋可有效提高角鋼的力學性能。
      本文使用有限元軟件ANSYS對頂底角鋼連接中的角鋼進行了水平加載分析。計算結果表明:有限元模擬結果與理論分析結果非常接近,證明了有限元模擬分析的正確性;單肋、雙肋角鋼的屈服點、初始剛度分別約為無肋角鋼的2倍、3倍;設置加勁肋可有效提高角鋼的力學性能。



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