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某24榀桁架交汇节点有限元分析

这是某结构中24榀桁架的交汇节点。其实由于24榀桁架是对称的,因此可以利用对称性局部建模分析。但是领导希望能看到整个节点的受力分布,而且目前的电脑在硬件和软件上算如此大的模型都没有问题,所以还是进行了整体建模。利用对称性建模也比较简单,建1/12部分,旋转一下就搞定了。下面给出几何与有限元模型,仅供大家了解。

 

几何模型三维视图

 

 

几何模型平面视图

 

几何模型立面视图

 

核心区构件链接

 

有限元模型-单元剖分

 

下弦杆件及其与节点连接处单元剖分

斜杆及其与节点连接处单元剖分

 

2.3.10约束与荷载

(备注:对面荷载显示原因看不见)

 

节点Mises应力大小及分布(最大253.5MPa

对上图应力的一点解释:

(1)看起来最大应力达到了253.5MPa,其实这是由于应力集中所导致,应力较大的范围仅是图中的小红点,其他部位最大应力为90MPa作用。这种现象也很容易解释,下弦圆管通过三条焊缝与连接板进行连接,而三条焊缝集中与圆管截面的半圆上,另外半圆没有焊缝,因此就导致在焊缝处构件截面受力不对称。内力需要在半圆内逐渐过渡到整个截面,所以可以看到,与连接板连接较长的杆件应力相对较小,连接段短的则应力较大。

(2)虽然计算结果是满足材料设计强度要求的,不过个人总感觉这种连接方式不大好,本来一个很好的轴心受力构件,现在人为的增加了附加弯矩。但这种连接方式既然常被大家采用,应该有其一定的合理性,希望没有问题。

 

 

大家可以将此节点与某钢桁架节点分析一文中的节点做一下对比。这几天一直在想这个问题:

(1)前文中节点的特点是构造形式常规,可以参考标准详图设计,但是构件截面尺寸大,受力大,因此看似简单,但是实际上一算就会发现比想象的要难于满足设计要求。因为详图的方法通常是针对普通结构的,对于大尺寸、受力较大的情况不一定合适。

(2)本文中节点看似很复杂,相交的杆件很多,连接板也很多,又是结构中最关键的节点,所以给人的第一感觉是很重要,应该引起足够的重视(确实应该重视)。但是仔细研究会发现,构件的尺寸都不大,相对的内力也很小,所以建模算下来发现应力很容易满足。

(3)所以,对于构件尺寸大、受力较大的节点,应该是“强度设计”大于“构造设计”,不能简单的套用详图等现有资料,需要深入计算研究以满足设计要求;而对于构件尺寸小、内力小的节点,应该是“构造设计”重于“强度设计”,必须保证一定的低应力工作状态。

  • quote 1.LM
  • 采用壳单元?
    cjc 于 2009-6-19 20:05:00 回复
    这种模型只能采用壳单元,实体单元剖分不大合适。采用壳单元的问题是必须要有一定的单元密度。
  • 2009-6-19 9:29:56 回复该留言
  • quote 2.zsq
  • (3)总结得很有道理啊!学习下。

    我觉得还是可以建1/12的模型了,算出来之后对称显示不就行了?
    cjc 于 2009-6-24 20:08:42 回复
    是啊,文中我也讲了,像这样的结构应该利用对称性的。不过由于模型比较简单,而现有的计算条件又很好,所以整体分析也未尝不可,毕竟看起来较为直观,对客户而言也更有说服力!
  • 2009-6-24 17:09:55 回复该留言
  • quote 3.您是否考虑过用ABAQUS进行分析
  • 崔老师:
    您好!一直在关注您的网页,从中学到了不少东西,注意到您所做的这两个节点分析均是采用ANASYS进行分析,您是否考虑过用ABAQUS进行分析?后者的非线性分析功能强于前者,但用ABAQUS进行分析主要的难点还是在于建立模型,不知道您能否推荐一些ABAQUS的前处理软件?
    cjc 于 2009-6-24 22:37:16 回复
    你讲的有道理!以前用abaqus做过节点分析,因为最近一两年ansys用的比较多,所以习惯性地总是用ansys做。其实,对于一般的静力分析,非线性不是很强,特别是不考虑材料非线性的问题,用什么软件都一样,主要是看大家哪个软件用着顺手啦。
    不过,你的建议倒是提醒了我——应该利用abaqus重新做一下这个节点,做个对比!
    先欠个帐,这两天我就着手准备把abaqus的分析结果整理出来。多谢你的建议!
    cjc 于 2009-6-24 22:40:13 回复
    对了,能作为abaqus前处理的软件很多,比如Rhinoceros、solidworks、catia、UG、patran等等。现在的软件功能都很强,通常熟练掌握一个就能满足你的要求啦。
  • 2009-6-24 22:06:08 回复该留言
  • quote 4.徐珂
  • 崔工,问两个现实问题,做这样节点分析需要多长时间?大约费用是多少?
    cjc 于 2009-11-18 21:20:38 回复
    徐工,时间嘛,那要看工程师的熟练程度了,包括建模、计算、出报告的时间。因为复杂节点的建模可能需要较长的时间。这个与工程师使用的建模软件、分析软件等有很大的关系。
    这个节点,我来做的话,应该一个礼拜左右。当然,在做的过程中,更改方案的话,就需要更多的时间。
    关于费用嘛,这个我也不好说,看你找谁做啦……
  • 2009-11-18 19:30:00 回复该留言

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