框架结构中半刚性节点的有限元建模及分析.pdfVIP

第 39卷第4期 现 代 冶 金 Vo1．39 No．4 20J1年8月 M odernM etallurgy Aug．2011 框架结构 中半刚性节点的有限元建模及分析 王 淳 (南京钢铁联合有限公司，江苏 南京 210035) 摘要：采用有限元软件ANSYS对框架结构中半刚性节点进行建模，阐述了ANSYS有限元模型建立的几个关键步 骤，并利用有限元分析出了半刚性节点的结构整体应力云图。 关键词 ：有限元；半刚性节点；应力 中图分类号 ：O241．82 System)，该有限元系统由节点(Node)及单元 (Ele— 引 言 ment)组合而成，还包含工程系统本身所具有的边 界条件 (约束条件、外力荷载等)，它可以转化成一个 传统 的分析设计理论中，节点连接作为铰接或 数学模式 ，并据此得到该有限元系统 的解答 ，然后再 刚接这种理想的力学模式 。但现实中的刚节点刚度 通过节点单元表现出来。具体步骤如下 ： 总是有限的，而所谓的铰节点也是有一定刚度 的。根 (1)结构离散化：即将要分析的结构分割成有限 据一组统计数字表 明，实际刚性连接端弯矩约为理 个单元体，离散后单元与单元之间利用节点相互连 想刚性连接端弯矩的9O ～95％：实际柔性连接端 接起来 。 弯矩约为实际刚性连接端弯矩的5％～20 。以前设 (2)单元特性分析 ：其 中包括 ： 计师们往往青睐采用刚性连接 经历美国1994年的 位移模式 ：当采用位移法时，结构离散之后 ，就 北岭地震和 日本 的1995年阪神地震后，设计人员发 可以把单元内的物理量如位移 、应变和应力等由节 现到传统的刚性节点并没有达到预期的性能，多数 点位移表示。 节点在发生较低程度的塑性变形时就出现了脆性破 单元属性 ：根据单元 的材料性质、形状、尺寸、节 坏，而此时结构仍处于弹性阶段 ，这使得工程师们开 点数 目、位置 ，找出单元节点力和节点位移之间的关 始将 目光投向了半刚性节点。经过实验 ，发现半刚性 系式 。应用弹性力学中的几何方程和物理方程建立 连接的突出优点在于其在地震作用下具有稳定的滞 单元节点应力和应变之间的方程 从而导 出单元 刚 回性能和 良好的耗能性能。由于半刚性节点种类众 度矩阵。 多，全部对这些节点进行实验的话 ，将耗费极大的财 等效节点力 ：物体离散化后 ，假定力是通过节点 力和人力，而有限元软件ANSYS能够很好地模拟 从一个单元传递到另一个单元。但是 ，对于实际的连 节点的实际受力情况 ，并通过它的前处理模块、分析 续体，力是从单元的公共边界传递到另一个单元。作 计算模块和后处理模块 ，最终有效地求 出指定单元 用在单元表面上的表面力、体积力或集 中力都等效 的应力和应变。本文就是采用有 限元软件 ANSYS 地转移到节点上去，即采用等效节点力来代替所有 对梁柱 的半刚性节点进行建模，并利用有 限元分析 作用在单元上的力 。 出了半刚性节点的结构整体应力云图。 (3)整体刚度矩阵组装 ：应用结构的平衡条件和 边界条件把各个单元按原结构重新组装起来，形成 1 有限元建模原理