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2018-06-06

刚性连接有限元建模方法

特别是当对连接点相邻区域进行分析、连接的几何形状或荷载与标准规定的不同和/或使用有限元模型对结构进行分析时(例如在设备工程中),为了在有限元模型上详细评估连接节点,

为了能够对所选建模方法进行有意义的评估,首先创建一个可以与成熟方法进行比较的模型会是非常有帮助的。

在先前的技术文章中,刚性连接端板的承载力是使用规范 EN 1993-1-8 [1] 中的公式计算的。

在这里的例子中,端板的承载力通过有限元建模方法加载,得出的承载力为 324.95 kNm。

面模型

HEB 400 梁的长度为 500mm,并且分解成面。 假定在实心螺栓头下面的端板是刚性的,那么生成一个直径为 44mm 的刚性面。 为了模拟螺栓在拉力作用下的柔性,定义为直径为 24 mm,长为 29 mm(= 端板厚度 + 垫圈厚度)。为了确保将荷载均匀的导入梁中,在加载位置使用刚性端板。

由于在端板 z 轴上的刚性支座会导致收敛问题,因此假定为 2 ∙ 108 kN/m³ 的面支座,并在不会产生变形的位置设置一个额外的线支座,梁节点或出现最大支座反力的位置满足对称条件。 两个支座的支座反力都是正的。 因为按照规范 EN 1993-1-8 [1] 进行塑性设计,要选择屈服准则为 23.5 kN/cm² 的材料模型“二维/三维各项同性塑性”。 一旦在有限元单元中达到屈曲准则,它就不能承受更多的力,并且进行应力重分布。

结果输出

可以确认手动计算的破坏准则“螺栓破坏同时翼缘屈服”。

使用非线性材料模型“二维/三维各向同性塑性”时,必须要计算处于塑性状态下单元的面积。 需要注意的是,塑性对应的是永久损伤。 有限元模型显示了太大的塑性区域。 这意味着在使用面模型进行考虑时连接是超载的。 计算出的螺栓拉力 279kN 和 288 kN 也超出了极限拉力。

通过额外建模确定了类似大小的塑性区域,其中梁、端板、螺栓和焊缝使用实体显示,力从梁到端板通过焊缝传递(=较大的荷载传导面)。


作者

Fröhlich 先生为我们的客户提供技术支持,负责钢筋混凝土结构领域的研发工作。

链接
参考
  1. EC 3.(2009)。欧洲规范 3: 欧洲规范 3:钢结构设计 – 第 1-1 部分: 一般规范和建筑规范. (2010)。柏林:Beuth Verlag GmbH
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