裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)

在當代工程實踐中,有限元方法(FEM)被廣泛認為是一種極具價值的分析工具,尤其在模擬和預測復雜工程結構行為方面表現出色。它能夠在不進行物理試驗的情況下,通過計算機模擬來詳細探究結構在各種加載條件下的響應,這一點對于工程設計和分析至關重要。特別是在解決那些涉及到復雜非線性行為的問題時,如幾何形態的大幅變化、材料性能隨著加載變化的非線性關系,以及實際制造過程中不可避免的誤差等,有限元方法展現了其獨特的優勢。

本研究通過建立精確的有限元模型,細致考慮了結構的非線性特性和實際操作中的不確定性,進一步模擬了特定試驗條件下的工程結構響應。通過對比模擬結果與試驗數據,不僅驗證了模型的準確性和實用性,也為后續更深入的參數化研究提供了堅實的基礎,進一步加深了對復雜工程問題的理解和解決能力。

1 有限元模型的建立

1.1 材料本構關系

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖1

鋼材應力-應變曲線

1.2 單元類型及網格劃分

為了確保有限元分析的精確性與效率,選取合適的單元類型和采用恰當的網格劃分策略至關重要。本文中采用的C3D8R單元是一種常用的三維實體單元,用于有限元分析。C3D8R單元有8個節點,每個節點有三個位移自由度,因此,它能夠模擬三維空間中的變形。C3D8R單元使用降階積分策略,具體來說是一點積分,這可以減少計算的成本。然而,它可能導致某些數值問題,如體積鎖定。對于幾乎不可壓縮的材料,C3D8R單元可能會遇到體積鎖定問題。這是由于單元不能適當表達材料的不可壓縮性質,導致過分硬的響應。為了解決這一問題,通常會使用特殊的算法或混合積分規則。有限元網格劃分如圖所示。

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖2

有限元模型的網格劃分

1.3 螺栓預緊

在有限元分析中模擬螺栓預緊力的施加是一個關鍵步驟,特別是對于螺栓連接的結構組件。正確地施加預緊力不僅能夠確保模型的接觸狀態和實際情況相符,還能夠模擬在實際加載過程中螺栓預緊力可能發生的變化。

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖3

螺栓有限元模型

1.4 接觸設置

在低多層裝配式鋼結構梁柱節點的有限元分析中,接觸設置是模擬結構實際行為的關鍵。由于這種結構類型涉及多種部件,如梁、柱、柱底板、連接件、夾板和高強螺栓等,因此確保這些部件之間的接觸關系準確模擬是至關重要的。接觸設置主要分為焊接和摩擦接觸兩種方式。

1.5 邊界條件

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖4

有限元模型的邊界設置

2 仿真結果

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖5

梁翼緣處微小裂縫的有限元云圖

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖6

梁翼緣處屈曲有限元位移云圖

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖7

梁翼緣處螺栓孔開裂有限元云圖

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖8

荷載-位移曲線

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖9

荷載-位移骨架曲線

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖10

剛度退化曲線

裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus)的圖11

 耗能能力

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本案例提供滯回曲線、剛度退化曲線提取程序
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