鑄鋼節(jié)點有限元分析計算書

./鑄鋼節(jié)點有限元分析計算書.目錄TOC\o"1-3"\h\u1分析軟件12節(jié)點基本概況12.1鑄鋼節(jié)點材料基本性能12.1.1鑄鋼節(jié)點材料基本性能1材料本構關系12.2節(jié)點分布概況33鑄鋼節(jié)點一有限元分析33.1節(jié)點概況33.1.1節(jié)點概況33.1.2內(nèi)力選取43.2單元選取及網(wǎng)格劃分53.3邊界條件和荷載作用53.4彈性分析結(jié)果6應力云圖6變形云圖73.5彈塑性極限承載力分析74鑄鋼節(jié)點二有限元分析84.1節(jié)點概況84.1.1節(jié)點概況84.1.2內(nèi)力選取94.2單元選取及網(wǎng)格劃分104.3邊界條件和荷載作用114.4彈性分析結(jié)果114.4.1應力云圖11變形云圖124.5彈塑性極限承載力分析135鑄鋼節(jié)點三A有限元分析145.1節(jié)點概況145.1.1節(jié)點概況145.1.2內(nèi)力選取145.2單元選取及網(wǎng)格劃分155.3邊界條件和荷載作用155.4彈性分析結(jié)果165.4.1應力云圖16變形云圖165.5彈塑性極限承載力分析176鑄鋼節(jié)點三B有限元分析186.1節(jié)點概況186.1.1節(jié)點概況186.1.2內(nèi)力選取196.2單元選取及網(wǎng)格劃分196.3邊界條件和荷載作用206.4彈性分析結(jié)果206.4.1應力云圖206.4.2變形云圖216.5彈塑性極限承載力分析21.1分析軟件對XX賽馬場鑄鋼節(jié)點進行有限元分析,采用大型通用有限元分析軟件ABAQUS進行。ABAQUS被廣泛地認為是功能最強的有限元軟件之一,可以分析復雜的固體力學、結(jié)構力學系統(tǒng),特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題。在非線性分析中,ABAQUS能自動選擇相應載荷增量和收斂限度。它不僅能夠選擇合適參數(shù),而且能連續(xù)調(diào)節(jié)參數(shù)以保證在分析過程中有效的得到精確解。2節(jié)點基本概況2.1鑄鋼節(jié)點材料基本性能2.1.1鑄鋼節(jié)點材料基本性能材質(zhì)符合《鑄鋼節(jié)點應用技術規(guī)范》中G20Mn5QT的相關規(guī)定,其化學成分與力學性能應符合下表規(guī)定：材質(zhì)化學成分%殘余元素%G20Mn5CSiMnPSCrMoNi碳當量0.17~0.23≤0.601.0~1.6≤0.02≤0.02≤0.30≤0.15≤0.80≤0.45經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后,鑄鋼件的力學性能應達到下表要求：鑄鋼鋼種室溫下沖擊功值牌號材料號屈服強度Rpo.2<MPa>抗拉強度Rm<MPa>伸長率A〔％溫度<℃>沖擊功J≥G20Mn5QT1.6220300500～650≥22室溫-40℃60272.1.2材料本構關系在ABAQUS中材料的塑性本構需輸入真應力—塑性應變數(shù)據(jù),其轉(zhuǎn)換公式如下所示：名義應變與真實應變的相關關系名義應力與真實應力的相關關系塑性應變：根據(jù)以上的轉(zhuǎn)換公式得的真實應力—塑性應變曲線G20Mn5QT鋼的彈性模量2.06×105N/mm2,泊松比為0.3,在ABAQUS中輸入的G20Mn5QT真應力—塑性應變曲線如下。G20Mn5QT鋼真應力—塑性應變曲線2.2節(jié)點分布概況3鑄鋼節(jié)點一有限元分析3.1節(jié)點概況3.1.1節(jié)點概況該節(jié)點位于兩個方向倒三角桁架交匯的支座處,對整體安全性起重要的作用,并且為多桿連接節(jié)點,邊界及受力均較為復雜,需對其進行有限元分析。537053707315731353477314162617312節(jié)點三維軸測圖表3-1桿件規(guī)格表單元號構件規(guī)格材質(zhì)5347P650x30G20Mn5QT5370P900x30G20Mn5QT7312P325x14G20Mn5QT7313P325x14G20Mn5QT7314P325x14G20Mn5QT7315P325x14G20Mn5QT16261P900x30G20Mn5QT3.1.2內(nèi)力選取施加在鑄鋼節(jié)點上的力通過midas軟件從整體結(jié)構中提取,根據(jù)內(nèi)力組合原則選取節(jié)點處的控制組合,具體提取的內(nèi)力如下表所示：表3-2荷載工況下桿件的內(nèi)力荷載工況單元軸向〔kN剪力-y〔kN剪力-z〔kN扭矩〔kN*m彎矩-y〔kN*m彎矩-z〔kN*mgLCB153473746.5201.3207.779.949.6241.5gLCB153705485.3-1140.3188.5-874.3-125.444.5gLCB17312766.937.1-0.65.21.644.8gLCB173131733.05.10.6-5.532.82.6gLCB173141107.3-14.83.914-1.3-25.8gLCB173151337.77.01.63.811.621.5gLCB1162614476.41182.31017.6-6.5-68.1-1729.43.2單元選取及網(wǎng)格劃分由于所選節(jié)點形狀較為復雜,采用自由網(wǎng)格劃分技術對節(jié)點進行網(wǎng)格劃分,單元選取Tet〔四面體線性單元C3D4。。在保證求解精度的條件下,減小計算代價,采取以下措施：劃分網(wǎng)格時,對節(jié)點相貫及較細管徑等部位進行了網(wǎng)格細分,以保證求解精度；對于非相貫區(qū)及較粗管徑采用較大尺寸網(wǎng)格,以保證運行速度。圖3-1有限元網(wǎng)格模型3.3邊界條件和荷載作用邊界：在鑄鋼件與底板接觸的截面施加完全固定約束。荷載：集中力和集中彎矩施加于鋼管端面的中心點參考點,該中心參考點通過與鋼管端面綁定剛體約束,將集中力和集中彎矩均勻地傳遞給管壁實體。圖3-2鑄鋼件邊界及荷載施加圖3.4彈性分析結(jié)果應力云圖CB49下的鑄鋼件應力云圖變形云圖CB49下的鑄鋼件變形云圖從VonMise應力云圖可知,在一倍設計荷載下鑄鋼件最大應力為211.0MPa,具有一定的安全儲備。從鑄鋼件的變形圖可以看出節(jié)點位移很小,最大為0.9mm,說明該鑄鋼節(jié)點具有較大剛度。3.5彈塑性極限承載力分析根據(jù)《鑄鋼節(jié)點應用技術規(guī)范》,通過彈塑性有限元分析可得到節(jié)點的極限承載力,鋼材本構按理想彈塑性,屈服強度為300MPa,彈性模量2.06×105N/mm2,泊松比為0.3；鋼材彈塑性本構根據(jù)前述應力—塑性應變曲線確定。破壞荷載施加方式為所有桿端力均逐步增加,直至節(jié)點破壞。極限荷載下鑄鋼件應力云圖從所得構件荷載-位移全過程曲線可得到相應極限承載力。荷載作用全過程荷載—位移曲線上圖中橫坐標"荷載倍數(shù)"x代表含義為：施加構件實際受力x倍大小的力,縱坐標y代表含義為：某結(jié)點在相應荷載下產(chǎn)生的位移量y。實際選取的結(jié)點為鑄鋼節(jié)點達到極限承載力時應力最大的點。從圖中我們可以看出,當施加的荷載達到實際受力4倍以上時,節(jié)點位移發(fā)生突變,即鑄鋼節(jié)點極限承載力為設計荷載值的4倍,其值大于3倍的設計承載力,滿足規(guī)范要求。4鑄鋼節(jié)點二有限元分析4.1節(jié)點概況4.1.1節(jié)點概況該節(jié)點位于結(jié)構主要部位,對整體安全性起重要的作用,并且為多桿連接節(jié)點,受力復雜,需對其進行有限元分析。1013788963776931137513753891392608904959710137889637769311375137538913926089049597節(jié)點三維軸測圖表4-1桿件規(guī)格表單元號構件規(guī)格材質(zhì)3751P450X50G20Mn5QT3753P325X40G20Mn5QT3776P325X40G20Mn5QT8896P180X25G20Mn5QT8904P180X25G20Mn5QT8913P180X25G20Mn5QT9260P180X25G20Mn5QT9311P180X25G20Mn5QT9597P450X50G20Mn5QT10137P180X25G20Mn5QT4.1.2內(nèi)力選取施加在鑄鋼節(jié)點上的力通過midas軟件從整體結(jié)構中提取,根據(jù)內(nèi)力組合原則選取節(jié)點處的控制組合,具體提取的內(nèi)力如下表所示。表4-2荷載工況下桿件的內(nèi)力荷載工況單元軸向<kN>剪力-y<kN>剪力-z<kN>扭矩<kN*m>彎矩-y<kN*m>彎矩-z<kN*m>CB323751-938.67-34-13.910.5310.68-51.92CB3237531470.0513.24-0.56.74-20.0124.85CB3237761072.375.43-67.82-1.56-89.462.18CB328896-277.751.53-0.42-0.54-2.052.83CB328904-538.593.213.720.96.927.34CB328913347.050.810.590.613.282.45CB329260236.330.7-1.57-1.45-1.331.54CB329311-405.31-0.32-2.48-0.88-3.14-0.25CB329597-14477.4844.86-30.5737.94-20.67CB3210137-661.22-1.11-1.611.29-1.87-2.184.2單元選取及網(wǎng)格劃分由于所選節(jié)點形狀較為復雜,采用自由網(wǎng)格劃分技術對節(jié)點進行網(wǎng)格劃分,單元選取Tet〔四面體二次單元C3D4,以提高求解精度。由于有限元模型中采用了二次單元后,往往會增加程序計算時間,在保證求解精度的條件下,減小計算代價,采取以下措施：劃分網(wǎng)格時,對節(jié)點相貫等重要部位進行了網(wǎng)格細分,以保證求解精度,對與不重要的部位采用較粗網(wǎng)格進行計算。圖4-1有限元網(wǎng)格模型4.3邊界條件和荷載作用在節(jié)點分析時的邊界約束可認為剛接。根據(jù)上述內(nèi)力取值施加。圖4-2鑄鋼件邊界約束條件4.4彈性分析結(jié)果4.4.1應力云圖CB32下的節(jié)點整體應力云圖4.4.2變形云圖CB32下的節(jié)點變形云圖從節(jié)點VonMise應力云圖可知,在一倍設計荷載下節(jié)點應力最大處為281.8MPa,具有一定的安全儲備。從節(jié)點的變形圖可以看出節(jié)點位移很小,最大為1.86mm,說明該鑄鋼節(jié)點具有較大剛度。4.5彈塑性極限承載力分析根據(jù)《鑄鋼節(jié)點應用技術規(guī)范》,通過彈塑性有限元分析可得到節(jié)點的極限承載力,鋼材本構按理想彈塑性,屈服強度為300MPa,彈性模量2.06×105N/mm2,泊松比為0.3；鋼材彈塑性本構根據(jù)前述應力—塑性應變曲線確定。破壞荷載施加方式為所有桿端力均逐步增加,直至節(jié)點破壞。極限荷載下節(jié)點整體應力云圖荷載作用全過程荷載—位移曲線上圖給出了鑄鋼節(jié)點桿件在1到10倍設計荷載下節(jié)點極限承載力,從圖中我們可以得出極限承載力為設計荷載值的4倍,其值大于3倍的設計承載力,鑄鋼節(jié)點承載力滿足規(guī)范要求。5鑄鋼節(jié)點三A有限元分析5.1節(jié)點概況5.1.1節(jié)點概況該節(jié)點位于結(jié)構主要部位,對整體安全性起重要的作用,并且為多桿連接節(jié)點,受力復雜,需對其進行有限元分析。83358321782583348320956495678335832178258334832095649567節(jié)點三維軸測圖表5-1桿件規(guī)格表單元號構件規(guī)格材質(zhì)7825P450X50G20Mn5QT8320P180X25G20Mn5QT8321P180X25G20Mn5QT8334P180X25G20Mn5QT8335P180X25G20Mn5QT9564P351X50G20Mn5QT9567P351X50G20Mn5QT5.1.2內(nèi)力選取施加在鑄鋼節(jié)點上的力通過midas軟件從整體結(jié)構中提取,根據(jù)內(nèi)力組合原則選取節(jié)點處的控制組合,具體提取的內(nèi)力如下表所示。表5-2荷載工況下桿件的內(nèi)力荷載工況單元軸向<kN>剪力-y<kN>剪力-z<kN>扭矩<kN*m>彎矩-y<kN*m>彎矩-z<kN*m>CB307825-2400.3317.59.0720.49-1.3218.13CB308320-48.58-1.85-1.380.12-0.47-5.28CB308321166.43-0.19-0.3-1.310.43-1.46CB308334101.67-2.29-2.420.13-1.99-5.74CB308335-168.91-1.65-1.86-1.21-2.3-2.87CB309564-1818.72-0.020.584.251.9-6.28CB309567-627.120.120.873.851.77-3.155.2單元選取及網(wǎng)格劃分由于所選節(jié)點形狀較為復雜,采用自由網(wǎng)格劃分技術對節(jié)點進行網(wǎng)格劃分,單元選取Tet〔四面體二次單元C3D4,以提高求解精度。由于有限元模型中采用了二次單元后,往往會增加程序計算時間,在保證求解精度的條件下,減小計算代價,采取以下措施：劃分網(wǎng)格時,對節(jié)點相貫等重要部位進行了網(wǎng)格細分,以保證求解精度,對與不重要的部位采用較粗網(wǎng)格進行計算。圖5-1有限元網(wǎng)格模型5.3邊界條件和荷載作用在節(jié)點分析時的邊界約束可認為剛接。根據(jù)上述內(nèi)力取值施加。圖5-2鑄鋼件邊界約束條件5.4彈性分析結(jié)果5.4.1應力云圖CB30下的節(jié)點整體應力云圖5.4.2變形云圖CB30下的節(jié)點變形云圖從節(jié)點VonMise應力云圖可知,在一倍設計荷載下節(jié)點應力最大處為56.85MPa,具有一定的安全儲備。從節(jié)點的變形圖可以看出節(jié)點位移很小,最大為0.56mm,說明該鑄鋼節(jié)點具有較大剛度。5.5彈塑性極限承載力分析根據(jù)《鑄鋼節(jié)點應用技術規(guī)范》,通過彈塑性有限元分析可得到節(jié)點的極限承載力,鋼材本構按理想彈塑性,屈服強度為300MPa,彈性模量2.06×105N/mm2,泊松比為0.3；鋼材彈塑性本構根據(jù)前述應力—塑性應變曲線確定。破壞荷載施加方式為所有桿端力均逐步增加,直至節(jié)點破壞。極限荷載下節(jié)點整體應力云圖荷載作用全過程荷載—位移曲線上圖給出了鑄鋼節(jié)點桿件在1到10倍設計荷載下節(jié)點極限承載力,從圖中我們可以得出極限承載力為設計荷載值的8倍,其值大于3倍的設計承載力,鑄鋼節(jié)點承載力滿足規(guī)范要求。6鑄鋼節(jié)點三B有限元分析6.1節(jié)點概況6.1.1節(jié)點概況該節(jié)點位于結(jié)構主要部位,對整體安全性起重要的作用,并且為多桿連接節(jié)點,受力復雜,需對其進行有限元分析。節(jié)點三維軸測圖表6-1桿件規(guī)格表單元號構件規(guī)格材質(zhì)7765P500x50G20Mn5QT8006P180x25G20Mn5QT8007P180x25G20Mn5QT8020P180x25G20Mn5QT8045P180x25G20Mn5QT9534P351x50G20Mn5QT9537P351x50G20Mn5QT6.1.2內(nèi)力選取施加在鑄鋼節(jié)點上的力通過midas軟件從整體結(jié)構中提取,根據(jù)內(nèi)力組合原則選取節(jié)點處的控制組合,具體提取的內(nèi)力如下表所示：表6-2荷載工況下桿件的內(nèi)力荷載工況單元軸向〔kN剪力-y〔kN剪力-z〔kN扭矩〔kN*m彎矩-y〔kN*m彎矩-z〔kN*mCB17765-3595.54-4.7966.432.7848.64-9.8CB180062.081.01-0.81-0.061.121.11CB18007172.161.37-0.21-0.291.151.73CB18020270.40.23-0.4-0.151.141.03CB1804512.620.03-0.59-0.291.850.18CB19534-1940.