方钢管焊接空心球节点的有限元分析.PDFVIP

现代焊接ModernWelding 方钢管焊接 空心球节点的有限元分析 The finite-element analysisof thewelding hollow ball 铁岭师范高等专科学校 赵连华 ［摘要］本文简要叙述了焊接空心球节点的研究现状；利用大型有限元分析软件ANSYS分析了在轴力作用下方钢 管焊接空心球节点的力学特性及破坏机理；在理想弹塑性状态下基于Mises屈服准则对不同几何尺寸的方钢管焊接空 心球节点的极限荷载进行了比较；分析了节点几何参数对极限荷载的影响。 ［关键词］空心球节点；承载能力；ANSYS；有限元；Mises；屈服条件；极限荷载 库 引 言 例单向受力为依据，并将钢管与球作为 进入21世纪，大跨度空间结构呈 整体进行有限元建模。对方钢管焊接 现出迅猛发展的势头。空间结构之所 案 空心球节点利用对称性选用1/4球体 以能三维受力、空间作用，节点起着 E 及相应的钢管作为有限元分析模型， 关键的作用。在空间网架结构中焊接 A 如图2所示。 空心球节点已得到了广泛应用，国内 C 1.2 单元选择 学者己经进行了大量的理论分析和试 本文的有限元分析利用ANSYS有 [1]~[8] 限元软件包进行，在有限元分析中单 验研究 。有关焊接空心球节点的研 究方法主要分为两类。一类利用试验模 元的选择是至关重要的，合理的选择 方法对焊接空心球节点进行承载力及 单元，才可以保证计算所要求的结果。 凯 对于本文所分析的方钢管焊接空心球 破坏机理分析，另一类则利用有限元 O 节点选用理想弹塑性材料，并选择实 方法对焊接空心球节点进行静力性能 分析，单纯从理论上对焊接空心球节 体单元Solid45进行计算。 E M 点的研究相对来说比较少。 1.3 网格划分 A （a） （b） 本文的有限元分析中，单元网格 目前，对圆钢管焊接空心球节点 C （a）方钢管焊接空心球节点； 在轴力作用下的静力性能方面的研究 （b）1/4方钢管焊接空心球节点 采用映射划分方法，在球管连接部位 做了大量工作；但是，方钢管焊接空 进行了加密。为了减小误差，必须保 心球节点在轴力作用下的研究国内尚 证单元足够小。所以，采用沿壁厚划 属空白。针对这种情况，本文通过有 实际工程中的焊接空心球节点是 分4层网格、总单元数12000左右的网 限元分析系统研究了节点在轴力作用 多根杆件的交汇点，属于空间受力状 格划分（图2），既保证了计算精度 态，文献[12]的试验研究表明，配合 下的受力性能、破坏机理和承载能力。