Idea Statica
钢结构
混凝土
支持与学习
价格
公司
14-Day Trial
板模型与网格收敛性
钢结构高级分析类型
为什么在 AISC 的材料图中使用 5% 塑性应变限值?
板中应力高于屈服强度
两板之间的接触应力
改进的接触模型
精确网格划分带来流畅的结果
板模型与网格收敛性
钢板规范校核(AISC)
根据加拿大标准对钢板进行规范校核
板模型与网格收敛性
SteelConnection designKnowledge baseConnectionAISC (USA)

板模型与网格收敛性

This article is also available in
ENDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH

单元数量的增加可提供更精确的结果,但代价是更高的计算需求。

板模型

推荐使用壳单元对结构节点有限元分析中的板进行建模。采用角点处设有节点的四节点四边形壳单元。每个节点考虑六个自由度:3个平动(ux、uy、uz)和3个转动(φx、φy、φz)。单元变形分为薄膜分量和弯曲分量。

薄膜行为的公式基于 Ibrahimbegovic(1990)的研究成果。考虑垂直于单元平面的转动,并提供完整的三维单元公式。基于 Mindlin 假设,在单元弯曲行为的公式中考虑了面外剪切变形。采用自研的稳定化 Mindlin 四边形板单元变体,沿边缘具有恒定剪切变形。这些单元受 MITC4 单元启发,参见 Dvorkin(1984)。壳体在每个积分点处沿板厚方向划分为五个积分层,并在每个点分析塑性行为,即 Gauss–Lobatto 积分。基于已知应变在每层中分析材料的非线性弹塑性阶段。仅显示所有层中的最大应力和应变。

网格收敛性

节点模型中的网格生成有若干准则。节点校核结果应与单元尺寸无关。单独板上的网格生成不存在问题。对于加劲板、T 形件和底板等复杂几何形状,应予以特别关注。对于复杂几何形状,应进行考虑网格离散化的敏感性分析。

梁截面的所有板共用统一的单元划分。生成的有限单元尺寸受到限制,最小单元尺寸设为 10 mm,最大单元尺寸设为 50 mm(可在规范设置中调整)。翼缘和腹板上的网格相互独立。默认有限单元数量设为每截面高度 8 个单元,如下图所示。用户可在规范设置中修改默认值。

梁上的网格,腹板与翼缘板之间设有约束

端板的网格独立于其他节点部件。默认有限单元尺寸设为每截面高度 16 个单元,如图所示。

端板上的网格,沿宽度方向有 7 个单元

以下梁柱节点算例展示了网格尺寸对弯矩承载力的影响。开口截面梁 IPE 220 与开口截面柱 HEA 200 相连,并承受弯矩荷载,如下图所示。关键组件为受剪柱腹板区格。沿截面高度方向的有限单元数量从 4 变化至 40,并对结果进行比较。虚线表示 5%、10% 和 15% 的差异。建议将截面高度划分为 8 个单元。

梁柱节点模型及承载能力极限状态下的塑性应变

单元数量对弯矩承载力的影响

本文介绍了柱腹板区格细长受压加劲板的网格敏感性研究。沿加劲板宽度方向的单元数量从 4 变化至 20。下图展示了第一阶屈曲模态以及单元数量对屈曲承载力和临界荷载的影响,并显示了 5% 和 10% 的差异。建议沿加劲板宽度方向使用 8 个单元。

第一阶屈曲模态及沿加劲板方向单元数量对弯矩承载力的影响

本文介绍了受拉 T 形件的网格敏感性研究。翼缘半宽划分为 8 至 40 个单元,最小单元尺寸设为 1 mm。下图展示了单元数量对 T 形件承载力的影响。虚线表示 5%、10% 和 15% 的差异。建议在翼缘半宽上使用 16 个单元。

单元数量对 T 形件承载力的影响