铸钢节点有限元分析计算书

2 受料仓与给料机的钢结构有限元分析2.1建立有限元模型如图2.1破碎站主视图和图2.2破碎机布置图，它的工作过程是：卸料卡车间歇把最大入料粒度为1500mm的煤块倒入受料仓，受料仓存储大粒度煤块。

刮板给料机把受料仓的大粒度的煤块连续的刮给破碎平台的破碎机。

破碎机把最大入料粒度为1500mm 的煤块破碎成最大排料粒度为300mm的煤块，煤块由底部的传送带传出。

图2.1 破碎站主视图图2.2 破碎机布置图破碎站钢结构的弹性模量E＝200000MPa，泊松比μ=0.3，质量密度ρ=7.8×10-3kg/cm3。

破碎站由支撑件H型钢和斜支撑(角钢)组成。

在结构离散化时，由于角钢和其它部位铰接，铰接是具有相同的线位移，而其角位移不同。

承受轴向力，不承受在其它方向的弯矩，相当于二力杆，所以H型钢用梁单元模拟，角钢用杆单元模拟。

破碎站是由受料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成，故计算时是分别对这两部分进行的。

离散后，受料仓和给料机共686个单元，其中梁单元598 个，杆单元88个，节点总数为597个，有限元模型如图2.3和图2.4所示。

图2.3 受料仓与给料机有限元模型图2.4 受料仓与给料机有限元模型俯视图2.2载荷等效计算2.2.1主要结构截面几何参数破碎站主要结构采用H型钢梁，截面尺寸如图2.5所示，各截面横截面积A，截面惯性矩Iy ，Iz和极惯性矩I如下。

图2.5 截面尺寸料仓及给料机支撑结构料仓及给料机六根支撑立柱(H500×400×12×20)A= 215.2mm2，I y＝101947×104mm4，I z＝21340×104mm4，I＝240×104mm4料仓B－B面横梁和给料机E－E、F－F面横梁(H400×300×12×20)A=16320mm2，I y＝48026×104mm4，I z＝9005×104mm4，I＝181×104mm4料仓C－C面和D－D面横梁(H400×400×12×20)A=20320mm2，I y＝62479×104mm4，I z＝21339×104mm4，I＝234×104mm4给料机两根纵梁(H550×400×12×20)A=22120mm2，I y＝125678×104mm4，I z＝21341×104mm4，I＝243×104mm4给料机六根横梁(H400×400×12×20)A=20320mm2，I y＝62479×104mm4，I z＝21339×104mm4，I＝234×104mm4其它横梁(H400×300×12×20)A=16320mm2，I y＝48026×104mm4，I z＝9005×104mm4，I＝181×104mm4斜支撑的横截面积∠125×12：A＝2856mm2∠75× 6：A＝864mm22.2.1实际载荷情况给料机自重载荷：65000kg相对应立柱梁单元局部坐标z轴的弯矩如图2.18所示，最大弯矩位于B－B面中风载作用面的立柱，底部最大弯矩0.126×108N·mm，在B－B面拉筋连结点处弯矩数值为-0.196×108N·mm，D－D面第一根水平横梁处弯矩为0.25563×108N·mm，图2.18 局部坐标z轴的弯矩图对应的应力如图2.19所示，B－B面中风载作用面立柱底部应力为19.625MPa，底部连结点处应力为30.605MPa，D－D面第一根水平横梁处应力为24.024MPa。

型钢混凝土结构节点的有限元分析研究【摘要】利用有限元软件对型钢混凝土节点进行了数值模拟，用有限元分析的方法计算了该节点在特定恒活载组合作用下型钢、纵筋、箍筋以及混凝土的受力特性，为型钢混凝土节点的设计提供参考和依据。

关键词：型钢混凝土结构节点；受力特性；有限元1前言近年来随着社会经济的不断发展，人民审美水平的不断提高，越来越多的复杂建筑结构的出现，而结构受力的情况也随之越来越复杂。

众所周之，节点是结构受力的关键部位，但往往现行设计规范又没有复杂节点受力的验算方法，因此采用有限元软件对复杂节点进行分析十分必要。

为了保证结构不会在各种特定荷载情况下在节点率先出现破坏，复杂节点处的受力特性分析也就显得越来越重要，也是对传统计算方法的一个很好的补充。

结构有限元分析能够比较准确的模拟复杂节点的真实情况，它在计算模型中直接引入混凝土、钢以及钢筋等材料的本构关系，考虑或模拟混凝土和钢材界面的力学行为，同时能够提供大量的结构反应信息，如应力、应变、反力、位移、能量等，因此对结构设计具有重要意义。

同时，复杂型钢混凝土节点是近年来随着大跨度大悬挑结构体系发展而逐步发展起来的结构节点形式，具有受力明确、直接、承载力大，具有良好的适应性，因其优越的性能。

本文以工程背景为研究基础，介绍了大型通用有限元软件ABAQUS［1］在型钢混凝土结构节点分析中的应用，用数值分析的方法对型钢、混凝土和钢筋三者共同作用下受力特点和型钢以及混凝土之间的相互作用等因素进行了分析，从而明了型钢混凝土结构节点受力特性，为设计和研究提供一定的参考。

2工程概况工程为混凝土框架剪力墙结构，其上部结构外挑的长度较大，因此在结构设计的应对措施为结构悬挑部分采用钢结构［2］，尽量减小该部分结构的自重，而与其相连的非悬挑结构采用型钢混凝土结构［3］，增强结构的整体性能，其典型节点及构造如图1所示：3分析方法和计算模型通过使用ABAQUS软件模拟整个型钢混凝土节点，并对其进行结构分析。

建筑工程学院本科毕业设计（论文）学科专业机械设计制造及其自动化辅导教师目录第1章前言······················································11.1塔式起重机概述 (1)1.2塔式起重机的发展情况 (1)1.3塔式起重机的发展趋势 (3)第2章总体设计 (5)2.1 概述 (5)2.2 确定总体设计方案 (5)2.2.1 金属结构 (5)2.2.2 工作机构 (22)2.2.3 安全保护装置 (29)2.3 总体设计设计总则 (32)2.3.1 整机工作级别 (32)2.3.2 机构工作级别 (32)2.3.3主要技术性能参数 (33)2.4 平衡重的计算 (33)2.5 起重特性曲线 (35)2.6 塔机风力计算 (36)2.6.1 工作工况Ⅰ (37)2.6.2 工作工况Ⅱ (41)2.6.3 非工作工况Ⅲ (43)2.7整机的抗倾翻稳定性 (45)2.7.1工作工况Ⅰ (46)2.7.2工作工况Ⅱ (47)2.7.3非工作工况Ⅲ (49)2.7.4工作工况Ⅳ (50)2.8固定基础稳定性计算 (51)第3章塔身的有限元分析设计 (53)3.1 塔身模型简化 (53)3.2 有限元分析计算 (54)3.2.1 方案一 (54)3.2.2 方案二 (79)3.2.3 方案三 (98)第4章塔身的受力分析计算 (121)4.1 稳定性校核 (121)4.2 塔身的刚度检算 (122)4.3 塔身的强度校核 (124)4.4 链接套焊缝强度的计算 (125)4.5 塔身腹杆的计算 (126)4.6 高强度螺栓强度的计算 (127)第5章毕业设计小结 (129)致谢 (130)主要参考文献 (131)目计算与说明结果塔身的有限元分析设计塔身模型简化三种待优化方案有限元分析计算前处理塔身标准节节点建模定义单元类型和材料参数定义标准节的外框立柱杆件第3章塔身的有限元优化分析设计ANSYS解决问题的基本流程为：前处理（preprocessor）求解（solution）一般后处理（genneral postprocessor）和时间历程后处理（time domain postprocessor）结果处理。

有限元分析报告（1）有限元仿真分析实验⼀、实验⽬的通过刚性球与薄板的碰撞仿真实验，学习有限元⽅法的基本思想与建模仿真的实现过程，并以此实践相关有限元软件的使⽤⽅法。

本实验使⽤HyperMesh 软件进⾏建模、⽹格划分和建⽴约束及载荷条件，然后使⽤LS-DYNA软件进⾏求解计算和结果后处理，计算出钢球与⾦属板相撞时的运动和受⼒情况，并对结果进⾏可视化。

⼆、实验软件HyperMesh、LS-DYNA三、实验基本原理本实验模拟刚性球撞击薄板的运动和受⼒情况。

仿真分析主要可分为数据前处理、求解计算和结果后处理三个过程。

前处理阶段任务包括：建⽴分析结构的⼏何模型，划分⽹格、建⽴计算模型，确定并施加边界条件。

四、实验步骤1、按照点－线－⾯的顺序创建球和板的⼏何模型（1）建⽴球的模型：在坐标(0,0,0)建⽴临时节点，以临时节点为圆⼼，画半径为5mm的球体。

（2）建⽴板的模型：在tool-translate⾯板下node选择临时节点，选择Y-axis,magnitude输⼊，然后点击translate+，return;再在2D－planes-square ⾯板上选择Y-axis,B选择上⼀步移下来的那个节点，surface only ,size=30。

2、画⽹格（1）画球的⽹格：以球模型为当前part，在2D－atuomesh⾯板下，surfs 选择前⾯建好的球⾯，element size设为，mesh type选择quads，选择elems to current comp,first order，interactive。

（2）画板的⽹格：做法和设置同上。

3、对球和板赋材料和截⾯属性（1）给球赋材料属性：在materials⾯板内选择20号刚体，设置Rho为,E为200000,NU为。

（2）给球赋截⾯属性：属性选择SectShll,thickness设置为，QR设为0。

（3）给板赋材料属性：材料选择MATL1，其他参数：Rho为,E为100000,Nu 为，选择Do Not Export。

铸钢节点有限元分析计算书目录1 分析软件 (1)2 节点基本概况 (1)2.1 铸钢节点材料基本性能 (1)2.1.1 铸钢节点材料基本性能 (1)2.1.2材料本构关系 (1)2.2 节点分布概况 (3)3 铸钢节点一有限元分析 (3)3.1 节点概况 (3)3.1.1 节点概况 (3)3.1.2 内力选取 (4)3.2单元选取及网格划分 (5)3.3 边界条件和荷载作用 (5)3.4 弹性分析结果 (6)3.4.1应力云图 (6)3.4.2变形云图 (7)3.5 弹塑性极限承载力分析 (7)4 铸钢节点二有限元分析 (8)4.1 节点概况 (8)4.1.1 节点概况 (8)4.1.2 内力选取 (9)4.2单元选取及网格划分 (10)4.3边界条件和荷载作用 (11)4.4 弹性分析结果 (11)4.4.1 应力云图 (11)4.4.2变形云图 (12)4.5弹塑性极限承载力分析 (13)5铸钢节点三A有限元分析 (14)5.1 节点概况 (14)5.1.1 节点概况 (14)5.1.2 内力选取 (14)5.2单元选取及网格划分 (15)5.3边界条件和荷载作用 (15)5.4 弹性分析结果 (16)5.4.1 应力云图 (16)5.4.2变形云图 (16)5.5弹塑性极限承载力分析 (17)6铸钢节点三B有限元分析 (18)6.1 节点概况 (18)6.1.1 节点概况 (18)6.1.2 内力选取 (19)6.2单元选取及网格划分 (19)6.3边界条件和荷载作用 (20)6.4弹性分析结果 (20)6.4.1 应力云图 (20)6.4.2 变形云图 (21)6.5 弹塑性极限承载力分析 (21)1 分析软件对内蒙古赛马场铸钢节点进行有限元分析，采用大型通用有限元分析软件ABAQUS 进行。

ABAQUS 被广泛地认为是功能最强的有限元软件之一，可以分析复杂的固体力学、结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。

铸钢节点有限元分析和实例探讨一、前言铸钢节点作为一种新兴的节点形式，具有结构多样化、外形美观、良好的加工性能以及良好的适应性，已广泛应用于大跨度空间钢结构，大型钢结构建筑、桥梁等工程中。

在国外，特别是在德国、日本等发达国家，铸钢件节点已得到非常广泛的应用，国内近年来在一些大型钢结构建筑、桥梁等工程中逐渐得到推广应用。

如国家体育馆钢屋盖工程、郑州国际会展中心、广州歌剧院钢结构工程、安徽体育中心主体育场、无锡科技交流中心等工程中关键部位均采用铸钢节点。

由于铸钢节点受力和造型相当复杂，因此，分析模型的正确建立以及对分析模型边界条件的真实模拟是节点受力分析的难点和关键点。

需要根据实际情况建立节点的实体三维模型，并根据一定理论依据对模型的边界条件做相应的简化假定，以求在简便计算的同时最大限度的模拟实际中复杂的边界条件，从而完成对铸钢节点的受力分析。

本文结合某主题馆钢结构工程中的铸钢节点设计实例，对大型铸钢节点的设计基本原则及受力进行了初步研究与分析。

通过ANSYS研究铸钢节点在设计荷载作用下应力的发展、变化过程及节点变形，对其承载安全性作出判断，在此基础上得到一些有益的结论。

二、铸钢节点选取1、节点选取本文所研究的节点位于张弦桁架下弦杆、腹杆及拉索的交汇点，下弦杆与五根支管相连。

该节点是由多根钢管以不同的空间角度汇聚于一点，构造形式比较复杂，因此节点受力复杂，加工制作难度极大。

鉴于该节点受力的特殊性和重要性，有必要对其在设计荷载作用下工作状态进行分析。

根据设计方案该节点为铸钢节点，材料为ZG310-570铸钢，质量执行《一般工程用铸造碳钢》（GB11352）标准中的有關规定，详见下表1：2、基本假定由于铸钢节点所用钢材具有良好的线弹性性能，结合《钢结构设计规范》（GB50017—2003）的规定，本文采用以下分析假定[1]：（1）只考虑节点在弹性状态下的单独受力状态；（2）不考虑几何非线性；（3）在节点与拉索连接处，采用传力杆，以传力杆传递拉索拉力.拉索的拉力以面力形式施加于传力杆端面，受力模型见下图1中7号杆.三、铸钢节点有限元分析1、计算模型对于比较复杂的模型在ANSYS中建模非常困难，可以采用Pro/E、SolidWorks、UG、AUTOCAD等CAD制图软件进行实体建模，利用它们和ANSYS 之间的数据接口导入ANSYS中。

轴流式通风机叶轮与机座有限元分析分析与优化报告书第2 页共47 页目录第一部分机座的有限元分析与优化—-———--—--—--—--———--——---——--——--—- 41。

1 机座分析的已知条件--—--—--—--—-----—-———---—-————--—-—-——-—— 41。

2 材料的力学性能--—--——-—-——--———-——-—--——---—--------—-————--- 41。

3 有限元分析模型——-—-—--—-—--—------——----———-————-———------—-- 41.3.1 分析前的假设--——-——-——---—-———-——-—---———-—---—-————— 41。

3.2 建立分析模型—--—-————--———---—————--—--—-————-——---—— 51。

3.3 建立有限元分析模型—-——-——-————---———--———-----—--—-- 71.4 计算结果——----——----—--—--—--—————---------———-—————————-—---— 71.4.1 变形结果———---—-——-—-—--——-------——-------—-——————-—-—- 71.4.2 应力结果-——-—--————-----——-—-——--—-—--—-——-—--————----— 81.4。

3 路径结果—-——-----——-—----——-—---—-—-—-———--——--————---- 111。

4。

4 分析结果评判-———-----———-----——-———-—-----——--—--—--—- 131.5 机座优化-———-—---—————-—-------——--——--——--——-——-—---——--—---- 141.5。

1 优化参数的确定—-—-—--—---—-——------——--——-----————-—— 141.5。

钢管混凝土柱节点承载力有限元分析摘要：以某钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象，采用有限元软件ABAQUS，分析节点在复杂受力状态下的承载能力，通过分析有限元计算结果，节点满足设计要求。

关键词：有限元分析，节点承载力，ABAQUS，塑性损伤模型引言作为构件连接与传力的重要部分，钢结构节点受力分析是结构安全的重要保障。

本文以一主展馆钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象，采用有限元软件ABAQUS，分析节点的承载能力，并与试验结果比较，验证节点安全性。

1.有限元模型1.1.材料本构模型钢管桁架弦杆与钢管混凝土柱外壁为Q345钢材，采用四折线理想弹塑性本构模型，如图1[1]。

图1 钢管本构模型钢管混凝土柱核心混凝土标号为C40，采用塑性损伤本构模型。

此本构模型假定：在不大于4或5倍的极限单轴压应力的低围压条件下，混凝土为脆性材料，主要破坏机理表现为拉裂与压碎。

在模拟混凝土在单向、循环及动荷载作用下的不可逆损伤破坏行为等方面，塑性损伤本构模型具有较好收敛性能[1]。

混凝土単轴应力应变关系见式（1）、（2）[2]：受压时：（1）受拉时：（2）其中，、或为混凝土峰值单轴压、拉应力，为对应峰值应变，为单轴全应力应变关系曲线的参数值，取值见文献[2]。

参考文献：[1]、[3]，可得压缩损伤值、拉伸损伤值与非弹性应变、开裂应变的关系，其曲线如图2。

（a）压应力-非弹性应变关系（b）损伤值-非弹性应变关系（c）拉应力-开裂应变关系（d）损伤值-开裂应变关系图2 混凝土C401.2.模型建立本文研究的节点为桁架的各杆件通过节点板与钢管混凝土柱连接，其杆件布置图如图3，GGKZ为钢管混凝土柱，有限元模型如图4。

图3 桁架杆件布置图（a）整体模型及杆件编号（b）节点板模型图4 有限元模型假定钢管柱范围内节点板完全嵌固在核心混凝土中，不考虑它们之间的滑移，其接触采用embedded region命令。

假定核心混凝土与钢管相互作用分解为法向与切向两个方向作用：法线方向为硬接触（hard contact），切向作用采用库伦摩擦模型（coulomb friction）模拟：接触面可传递法向压力，并在切向产生摩擦力，其摩擦系数取0.6[4]，当切向力大于临界摩擦力时，接触面即发生相对滑移，结合工程实际，假定滑移为小滑移（small sliding）；当接触面法向压力为零或者负值时，两接触面分离，相应节点接触被解除。