工程類課件：節(jié)點(diǎn)分析

節(jié)點(diǎn)分析主要內(nèi)容節(jié)點(diǎn)分析基本原則節(jié)點(diǎn)分析流程實(shí)例操作演示一、節(jié)點(diǎn)分析基本原則一、節(jié)點(diǎn)分析基本原則常用空間鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，包括：螺栓球節(jié)點(diǎn)、焊接球節(jié)點(diǎn)、相貫節(jié)點(diǎn)和鑄鋼節(jié)點(diǎn)等。焊接球節(jié)點(diǎn)相貫節(jié)點(diǎn)一、節(jié)點(diǎn)分析基本原則常用空間鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，包括：螺栓球節(jié)點(diǎn)、焊接球節(jié)點(diǎn)、相貫節(jié)點(diǎn)和鑄鋼節(jié)點(diǎn)等。鑄鋼節(jié)點(diǎn)

復(fù)雜的焊接球節(jié)點(diǎn)、相貫節(jié)點(diǎn)及鑄鋼節(jié)點(diǎn)常需進(jìn)行彈塑性有限元分析來確定其極限承載能力。節(jié)點(diǎn)分析重點(diǎn)在于建立節(jié)點(diǎn)的實(shí)體模型及提取、施加節(jié)點(diǎn)所受荷載。一、節(jié)點(diǎn)分析基本原則1

復(fù)雜、重要、典型節(jié)點(diǎn)的有限元分析宜采用實(shí)體單元進(jìn)行彈塑性分析。對鑄鋼節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件連接處、節(jié)點(diǎn)內(nèi)外表面拐角處等易于產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，實(shí)體單元的最大邊長不應(yīng)大于該處最薄壁厚，其余部位的單元尺寸可適當(dāng)增大，但單元尺寸變化宜平緩。(單元?jiǎng)澐譁?zhǔn)則)2節(jié)點(diǎn)的有限元分析中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的具體約束形式確定與實(shí)際情況相似的邊界條件。3

節(jié)點(diǎn)的有限元分析中，作用在節(jié)點(diǎn)上的外荷載和約束力的平衡條件應(yīng)與設(shè)計(jì)內(nèi)力一致。4

節(jié)點(diǎn)承受多種荷載工況時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將提取的最具代表性的一種荷載工況下的設(shè)計(jì)內(nèi)力乘以1.1~1.3的內(nèi)力放大系數(shù)，作為所有工況下的設(shè)計(jì)內(nèi)力。5為了減少計(jì)算資源要求和節(jié)省計(jì)算時(shí)間,并防止非節(jié)點(diǎn)區(qū)過早破壞，更好地分析節(jié)點(diǎn)區(qū)的受力狀態(tài)，宜對非節(jié)點(diǎn)區(qū)設(shè)置成彈性材料進(jìn)行分析。6進(jìn)行彈塑性有限元分析時(shí)，節(jié)點(diǎn)材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線宜采用具有一定強(qiáng)化剛度的二折線模型。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度準(zhǔn)則應(yīng)采用vonMises屈服條件。一、節(jié)點(diǎn)分析基本原則

重要桿件，應(yīng)力比最大節(jié)點(diǎn)，作為連接此類截面桿件的所有節(jié)點(diǎn)中最不利情況。一、節(jié)點(diǎn)分析基本原則

（1）雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化（BKIN）

（2）雙線性等向強(qiáng)化（BIS0）（3）多線性隨動(dòng)強(qiáng)化（MKIN）（4）多線性等向強(qiáng)化（MISO）節(jié)點(diǎn)材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線一、節(jié)點(diǎn)分析基本原則《鑄鋼節(jié)點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》《索結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》其他關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)考慮適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。主要是判斷設(shè)計(jì)荷載下，節(jié)點(diǎn)應(yīng)力不超過允許值一、節(jié)點(diǎn)分析基本原則《鑄鋼節(jié)點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》《索結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》二、節(jié)點(diǎn)分析流程二、節(jié)點(diǎn)分析流程基于Ansys軟件進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析的主要步驟如下：1、明確分析對象；2、建立節(jié)點(diǎn)實(shí)體模型；3、提取節(jié)點(diǎn)內(nèi)力；4、節(jié)點(diǎn)分析最佳約束選?。?、節(jié)點(diǎn)彈塑性有限元分析。二、節(jié)點(diǎn)分析流程

大跨度鋼結(jié)構(gòu)中，需要重點(diǎn)分析的節(jié)點(diǎn)主要是支座邊緣節(jié)點(diǎn)、內(nèi)力傳遞復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、桿件匯交比較多的節(jié)點(diǎn)、匯交于節(jié)點(diǎn)的桿件內(nèi)力比較大的節(jié)點(diǎn)以及無參考計(jì)算公式的節(jié)點(diǎn)，也可以是同時(shí)含有以上特點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。1明確分析對象二、節(jié)點(diǎn)分析流程

待分析的節(jié)點(diǎn)一般需在結(jié)構(gòu)整體模型中提取。整體模型可以由MIDAS/Gen、sap2000、3D3S和Ansys等軟件建立。1明確分析對象二、節(jié)點(diǎn)分析流程將整體結(jié)構(gòu)模型中所要分析節(jié)點(diǎn)的桿件軸線導(dǎo)入Rhino中。根據(jù)導(dǎo)出的軸線建立與整體模型相對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)實(shí)體模型，并導(dǎo)出保存為Ansys可以讀取的sat文件。2建立實(shí)體模型建立的節(jié)點(diǎn)實(shí)體模型，各個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及各桿件的長度單位等跟整體模型分析軟件中的整體模型一致。二、節(jié)點(diǎn)分析流程

節(jié)點(diǎn)模型所受的作用主要包括自重、其負(fù)荷范圍內(nèi)桿件上集中力和屋面荷載的等效節(jié)點(diǎn)力、相連桿件的內(nèi)力。2提取節(jié)點(diǎn)內(nèi)力和等效節(jié)點(diǎn)力提取桿件內(nèi)力提取等效節(jié)點(diǎn)力

等效節(jié)點(diǎn)力一般跟桿件內(nèi)力相比都比較小，但為了使所要分析節(jié)點(diǎn)的受力是一個(gè)平衡力系，計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，仍建議把分析節(jié)點(diǎn)處的等效節(jié)點(diǎn)力提取出來，尤其是當(dāng)?shù)刃Ч?jié)點(diǎn)力的數(shù)量級跟所施加桿件內(nèi)力相當(dāng)時(shí)，不可忽略。二、節(jié)點(diǎn)分析流程

先用梁單元。

分析節(jié)點(diǎn)從整體模型中取出來，施加上的是一組平衡力，即提取的各桿件端節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力、分析節(jié)點(diǎn)的等效節(jié)點(diǎn)力和各桿件的自重。

節(jié)點(diǎn)分析時(shí)，常選擇其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)全部固結(jié)，另外選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部分約束。所選擇的兩節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量分散，但不應(yīng)在同一條直線上。

通過查看分析結(jié)果中的支座反力是否趨近于零或者相對比較小，判斷最佳約束方式。3最佳約束選取二、節(jié)點(diǎn)分析流程

模型網(wǎng)格劃分–自由網(wǎng)格劃分（更高級的需自己研究）

荷載施加

計(jì)算

提取結(jié)果

4節(jié)點(diǎn)彈塑性分析節(jié)點(diǎn)分析時(shí)，通過改變荷載的倍數(shù)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的極限承載力，提取節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力圖，畫荷載位移曲線等。三、實(shí)例操作演示三、實(shí)例操作演示提取模型

模型單位：mm導(dǎo)出中心線，dxf文件三、實(shí)例操作演示RHINO建模

三維實(shí)體模型圓管可以采用“圓管”曲線要擬合圓弧三、實(shí)例操作演示RHINO建模

布爾分割、合并等多采用布爾分割刪除干凈多余結(jié)構(gòu)三、實(shí)例操作演示RHINO建模

尋找節(jié)點(diǎn)區(qū)范圍用垂直面分割節(jié)點(diǎn)范圍為節(jié)點(diǎn)區(qū)高度的1.5~2倍熟練后，可一開始建模就分節(jié)點(diǎn)區(qū)及非節(jié)點(diǎn)區(qū)將節(jié)點(diǎn)區(qū)的構(gòu)件運(yùn)用布爾運(yùn)算聯(lián)集相加成為一個(gè)體，從而區(qū)別開節(jié)點(diǎn)區(qū)和非節(jié)點(diǎn)區(qū)；三、實(shí)例操作演示RHINO建模

尋找節(jié)點(diǎn)區(qū)范圍節(jié)點(diǎn)范圍為節(jié)點(diǎn)區(qū)高度的1.5~2倍熟練后，可一開始建模就分節(jié)點(diǎn)區(qū)及非節(jié)點(diǎn)區(qū)將節(jié)點(diǎn)區(qū)的構(gòu)件運(yùn)用布爾運(yùn)算聯(lián)集相加成為一個(gè)體，從而區(qū)別開節(jié)點(diǎn)區(qū)和非節(jié)點(diǎn)區(qū)；三、實(shí)例操作演示模型導(dǎo)出導(dǎo)出選取的物件----保存為ACIS(*.sat)文件熟練后，可一開始建模就分節(jié)點(diǎn)區(qū)及非節(jié)點(diǎn)區(qū)將節(jié)點(diǎn)區(qū)的構(gòu)件運(yùn)用布爾運(yùn)算聯(lián)集相加成為一個(gè)體，從而區(qū)別開節(jié)點(diǎn)區(qū)和非節(jié)點(diǎn)區(qū)；三、實(shí)例操作演示提出內(nèi)力等效節(jié)點(diǎn)力提取略去~軸力最大對應(yīng)的工況彎矩最大對應(yīng)的工況看應(yīng)力比最大對應(yīng)的工況統(tǒng)一單元坐標(biāo)軸三、實(shí)例操作演示提出內(nèi)力方向很重要三、實(shí)例操作演示節(jié)點(diǎn)分析支座選取邊界條件明確，有加勁肋施加完所有荷載后，選擇不同的桿件進(jìn)行約束（一般約束剛度較大的桿件的端部）。改變不同的支座約束情況比較其支座反力，支座反力最小的為最佳約束。三、實(shí)例操作演示導(dǎo)入ansys全英文路徑文件名導(dǎo)入SAT文件檢查是否為體模型vplot三、實(shí)例操作演示有限元模型計(jì)算分析模型干凈處理定義材料定義方向點(diǎn)建立質(zhì)量單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格建立剛域加荷載約束計(jì)算查看結(jié)果三、實(shí)例操作演示有限元模型計(jì)算分析模型干凈處理定義材料有限元模型計(jì)算分析定義方向點(diǎn)建立質(zhì)量單元通過rhino操作三、實(shí)例操作演示有限元模型計(jì)算分析劃分網(wǎng)格建立剛域核心區(qū)網(wǎng)格密，其他區(qū)網(wǎng)格稀疏三、實(shí)例操作演示mesh有限元模型計(jì)算分析加荷載約束計(jì)算三、實(shí)例操作演示有限元模型計(jì)算分析查看結(jié)果三、實(shí)例操作演示查看結(jié)果:1倍荷載工況下應(yīng)力、變形；極限承載力下應(yīng)力、變形；荷載位移曲線。三、實(shí)例操作演示所有有限元軟件做節(jié)點(diǎn)分析都是此步驟！三、實(shí)例操作演示Midas內(nèi)力方向Sap2000內(nèi)力方向3D3S內(nèi)力方向三、其他在空間結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常碰到復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，常規(guī)的公式驗(yàn)算已不能滿足需求，需進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析。節(jié)點(diǎn)分