鑄鋼節(jié)點(diǎn)有限元分析計(jì)算書(shū)

./鑄鋼節(jié)點(diǎn)有限元分析計(jì)算書(shū).目錄TOC\o"1-3"\h\u1分析軟件12節(jié)點(diǎn)基本概況12.1鑄鋼節(jié)點(diǎn)材料基本性能12.1.1鑄鋼節(jié)點(diǎn)材料基本性能1材料本構(gòu)關(guān)系12.2節(jié)點(diǎn)分布概況33鑄鋼節(jié)點(diǎn)一有限元分析33.1節(jié)點(diǎn)概況33.1.1節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(diǎn)二有限元分析84.1節(jié)點(diǎn)概況84.1.1節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(diǎn)三A有限元分析145.1節(jié)點(diǎn)概況145.1.1節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(diǎn)三B有限元分析186.1節(jié)點(diǎn)概況186.1.1節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(duì)XX賽馬場(chǎng)鑄鋼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元分析,采用大型通用有限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行。ABAQUS被廣泛地認(rèn)為是功能最強(qiáng)的有限元軟件之一,可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng),特別是能夠駕馭非常龐大復(fù)雜的問(wèn)題和模擬高度非線(xiàn)性問(wèn)題。在非線(xiàn)性分析中,ABAQUS能自動(dòng)選擇相應(yīng)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(guò)程中有效的得到精確解。2節(jié)點(diǎn)基本概況2.1鑄鋼節(jié)點(diǎn)材料基本性能2.1.1鑄鋼節(jié)點(diǎn)材料基本性能材質(zhì)符合《鑄鋼節(jié)點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中G20Mn5QT的相關(guān)規(guī)定,其化學(xué)成分與力學(xué)性能應(yīng)符合下表規(guī)定：材質(zhì)化學(xué)成分%殘余元素%G20Mn5CSiMnPSCrMoNi碳當(dāng)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(xué)性能應(yīng)達(dá)到下表要求：鑄鋼鋼種室溫下沖擊功值牌號(hào)材料號(hào)屈服強(qiáng)度Rpo.2<MPa>抗拉強(qiáng)度Rm<MPa>伸長(zhǎng)率A〔％溫度<℃>沖擊功J≥G20Mn5QT1.6220300500～650≥22室溫-40℃60272.1.2材料本構(gòu)關(guān)系在ABAQUS中材料的塑性本構(gòu)需輸入真應(yīng)力—塑性應(yīng)變數(shù)據(jù),其轉(zhuǎn)換公式如下所示：名義應(yīng)變與真實(shí)應(yīng)變的相關(guān)關(guān)系名義應(yīng)力與真實(shí)應(yīng)力的相關(guān)關(guān)系塑性應(yīng)變：根據(jù)以上的轉(zhuǎn)換公式得的真實(shí)應(yīng)力—塑性應(yīng)變曲線(xiàn)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(yīng)力—塑性應(yīng)變曲線(xiàn)如下。G20Mn5QT鋼真應(yīng)力—塑性應(yīng)變曲線(xiàn)2.2節(jié)點(diǎn)分布概況3鑄鋼節(jié)點(diǎn)一有限元分析3.1節(jié)點(diǎn)概況3.1.1節(jié)點(diǎn)概況該節(jié)點(diǎn)位于兩個(gè)方向倒三角桁架交匯的支座處,對(duì)整體安全性起重要的作用,并且為多桿連接節(jié)點(diǎn),邊界及受力均較為復(fù)雜,需對(duì)其進(jìn)行有限元分析。537053707315731353477314162617312節(jié)點(diǎn)三維軸測(cè)圖表3-1桿件規(guī)格表單元號(hào)構(gòu)件規(guī)格材質(zhì)5347P650x30G20Mn5QT5370P900x30G20Mn5QT7312P325x14G20Mn5QT7313P325x14G20Mn5QT7314P325x14G20Mn5QT7315P325x14G20Mn5QT16261P900x30G20Mn5QT3.1.2內(nèi)力選取施加在鑄鋼節(jié)點(diǎn)上的力通過(guò)midas軟件從整體結(jié)構(gòu)中提取,根據(jù)內(nèi)力組合原則選取節(jié)點(diǎn)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(diǎn)形狀較為復(fù)雜,采用自由網(wǎng)格劃分技術(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,單元選取Tet〔四面體線(xiàn)性單元C3D4。。在保證求解精度的條件下,減小計(jì)算代價(jià),采取以下措施：劃分網(wǎng)格時(shí),對(duì)節(jié)點(diǎn)相貫及較細(xì)管徑等部位進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)分,以保證求解精度；對(duì)于非相貫區(qū)及較粗管徑采用較大尺寸網(wǎng)格,以保證運(yùn)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(diǎn)參考點(diǎn),該中心參考點(diǎn)通過(guò)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(shí)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(yīng)力云圖CB49下的鑄鋼件應(yīng)力云圖變形云圖CB49下的鑄鋼件變形云圖從VonMise應(yīng)力云圖可知,在一倍設(shè)計(jì)荷載下鑄鋼件最大應(yīng)力為211.0MPa,具有一定的安全儲(chǔ)備。從鑄鋼件的變形圖可以看出節(jié)點(diǎn)位移很小,最大為0.9mm,說(shuō)明該鑄鋼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》,通過(guò)彈塑性有限元分析可得到節(jié)點(diǎn)的極限承載力,鋼材本構(gòu)按理想彈塑性,屈服強(qiáng)度為300MPa,彈性模量2.06×105N/mm2,泊松比為0.3；鋼材彈塑性本構(gòu)根據(jù)前述應(yīng)力—塑性應(yīng)變曲線(xiàn)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(diǎn)破壞。極限荷載下鑄鋼件應(yīng)力云圖從所得構(gòu)件荷載-位移全過(guò)程曲線(xiàn)可得到相應(yīng)極限承載力。荷載作用全過(guò)程荷載—位移曲線(xiàn)上圖中橫坐標(biāo)"荷載倍數(shù)"x代表含義為：施加構(gòu)件實(shí)際受力x倍大小的力,縱坐標(biāo)y代表含義為：某結(jié)點(diǎn)在相應(yīng)荷載下產(chǎn)生的位移量y。實(shí)際選取的結(jié)點(diǎn)為鑄鋼節(jié)點(diǎn)達(dá)到極限承載力時(shí)應(yīng)力最大的點(diǎn)。從圖中我們可以看出,當(dāng)施加的荷載達(dá)到實(shí)際受力4倍以上時(shí),節(jié)點(diǎn)位移發(fā)生突變,即鑄鋼節(jié)點(diǎn)極限承載力為設(shè)計(jì)荷載值的4倍,其值大于3倍的設(shè)計(jì)承載力,滿(mǎn)足規(guī)范要求。4鑄鋼節(jié)點(diǎn)二有限元分析4.1節(jié)點(diǎn)概況4.1.1節(jié)點(diǎn)概況該節(jié)點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)主要部位,對(duì)整體安全性起重要的作用,并且為多桿連接節(jié)點(diǎn),受力復(fù)雜,需對(duì)其進(jìn)行有限元分析。1013788963776931137513753891392608904959710137889637769311375137538913926089049597節(jié)點(diǎn)三維軸測(cè)圖表4-1桿件規(guī)格表單元號(hào)構(gòu)件規(guī)格材質(zhì)3751P450X50G20Mn5QT3753P325X40G20Mn5QT3776P325X40G20Mn5QT8896P180X25G20Mn5QT8904P180X25G20Mn5QT8913P180X25G20Mn5QT9260P180X25G20Mn5QT9311P180X25G20Mn5QT9597P450X50G20Mn5QT10137P180X25G20Mn5QT4.1.2內(nèi)力選取施加在鑄鋼節(jié)點(diǎn)上的力通過(guò)midas軟件從整體結(jié)構(gòu)中提取,根據(jù)內(nèi)力組合原則選取節(jié)點(diǎn)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(diǎn)形狀較為復(fù)雜,采用自由網(wǎng)格劃分技術(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(huì)增加程序計(jì)算時(shí)間,在保證求解精度的條件下,減小計(jì)算代價(jià),采取以下措施：劃分網(wǎng)格時(shí),對(duì)節(jié)點(diǎn)相貫等重要部位進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)分,以保證求解精度,對(duì)與不重要的部位采用較粗網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)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(diǎn)分析時(shí)的邊界約束可認(rèn)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(yīng)力云圖CB32下的節(jié)點(diǎn)整體應(yīng)力云圖4.4.2變形云圖CB32下的節(jié)點(diǎn)變形云圖從節(jié)點(diǎn)VonMise應(yīng)力云圖可知,在一倍設(shè)計(jì)荷載下節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大處為281.8MPa,具有一定的安全儲(chǔ)備。從節(jié)點(diǎn)的變形圖可以看出節(jié)點(diǎn)位移很小,最大為1.86mm,說(shuō)明該鑄鋼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》,通過(guò)彈塑性有限元分析可得到節(jié)點(diǎn)的極限承載力,鋼材本構(gòu)按理想彈塑性,屈服強(qiáng)度為300MPa,彈性模量2.06×105N/mm2,泊松比為0.3；鋼材彈塑性本構(gòu)根據(jù)前述應(yīng)力—塑性應(yīng)變曲線(xiàn)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(diǎn)破壞。極限荷載下節(jié)點(diǎn)整體應(yīng)力云圖荷載作用全過(guò)程荷載—位移曲線(xiàn)上圖給出了鑄鋼節(jié)點(diǎn)桿件在1到10倍設(shè)計(jì)荷載下節(jié)點(diǎn)極限承載力,從圖中我們可以得出極限承載力為設(shè)計(jì)荷載值的4倍,其值大于3倍的設(shè)計(jì)承載力,鑄鋼節(jié)點(diǎn)承載力滿(mǎn)足規(guī)范要求。5鑄鋼節(jié)點(diǎn)三A有限元分析5.1節(jié)點(diǎn)概況5.1.1節(jié)點(diǎn)概況該節(jié)點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)主要部位,對(duì)整體安全性起重要的作用,并且為多桿連接節(jié)點(diǎn),受力復(fù)雜,需對(duì)其進(jìn)行有限元分析。83358321782583348320956495678335832178258334832095649567節(jié)點(diǎn)三維軸測(cè)圖表5-1桿件規(guī)格表單元號(hào)構(gòu)件規(guī)格材質(zhì)7825P450X50G20Mn5QT8320P180X25G20Mn5QT8321P180X25G20Mn5QT8334P180X25G20Mn5QT8335P180X25G20Mn5QT9564P351X50G20Mn5QT9567P351X50G20Mn5QT5.1.2內(nèi)力選取施加在鑄鋼節(jié)點(diǎn)上的力通過(guò)midas軟件從整體結(jié)構(gòu)中提取,根據(jù)內(nèi)力組合原則選取節(jié)點(diǎn)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(diǎn)形狀較為復(fù)雜,采用自由網(wǎng)格劃分技術(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(huì)增加程序計(jì)算時(shí)間,在保證求解精度的條件下,減小計(jì)算代價(jià),采取以下措施：劃分網(wǎng)格時(shí),對(duì)節(jié)點(diǎn)相貫等重要部位進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)分,以保證求解精度,對(duì)與不重要的部位采用較粗網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)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(diǎn)分析時(shí)的邊界約束可認(rèn)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(yīng)力云圖CB30下的節(jié)點(diǎn)整體應(yīng)力云圖5.4.2變形云圖CB30下的節(jié)點(diǎn)變形云圖從節(jié)點(diǎn)VonMise應(yīng)力云圖可知,在一倍設(shè)計(jì)荷載下節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大處為56.85MPa,具有一定的安全儲(chǔ)備。從節(jié)點(diǎn)的變形圖可以看出節(jié)點(diǎn)位移很小,最大為0.56mm,說(shuō)明該鑄鋼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》,通過(guò)彈塑性有限元分析可得到節(jié)點(diǎn)的極限承載力,鋼材本構(gòu)按理想彈塑性,屈服強(qiáng)度為300MPa,彈性模量2.06×105N/mm2,泊松比為0.3；鋼材彈塑性本構(gòu)根據(jù)前述應(yīng)力—塑性應(yīng)變曲線(xiàn)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(diǎn)破壞。極限荷載下節(jié)點(diǎn)整體應(yīng)力云圖荷載作用全過(guò)程荷載—位移曲線(xiàn)上圖給出了鑄鋼節(jié)點(diǎn)桿件在1到10倍設(shè)計(jì)荷載下節(jié)點(diǎn)極限承載力,從圖中我們可以得出極限承載力為設(shè)計(jì)荷載值的8倍,其值大于3倍的設(shè)計(jì)承載力,鑄鋼節(jié)點(diǎn)承載力滿(mǎn)足規(guī)范要求。6鑄鋼節(jié)點(diǎn)三B有限元分析6.1節(jié)點(diǎn)概況6.1.1節(jié)點(diǎn)概況該節(jié)點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)主要部位,對(duì)整體安全性起重要的作用,并且為多桿連接節(jié)點(diǎn),受力復(fù)雜,需對(duì)其進(jìn)行有限元分析。節(jié)點(diǎn)三維軸測(cè)圖表6-1桿件規(guī)格表單元號(hào)構(gòu)件規(guī)格材質(zhì)7765P500x50G20Mn5QT8006P180x25G20Mn5QT8007P180x25G20Mn5QT8020P180x25G20Mn5QT8045P180x25G20Mn5QT9534P351x50G20Mn5QT9537P351x50G20Mn5QT6.1.2內(nèi)力選取施加在鑄鋼節(jié)點(diǎn)上的力通過(guò)midas軟件從整體結(jié)構(gòu)中提取,根據(jù)內(nèi)力組合原則選取節(jié)點(diǎn)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.