[发明专利]一种钢框架结构节点多尺度有限元模型建模方法

摘要

一种钢框架结构节点多尺度有限元模型建模方法，包括以下步骤：1）利用有限元分析软件采取一维梁单元建立钢框架结构计算模型，选取关键梁柱节点，截取汇交于关键梁柱节点处的梁单元；2）梁单元与板壳单元的连接通过耦合接触面内所有节点的6向自由度实现；3）采用有限元软件自由网格划分，通过网格数量、边长及曲率来控制网格的质量，网格尺寸大小根据板件尺寸情况设定为(5~10)mm，二维板壳单元上的荷载以节点集中荷载形式施加，得到钢框架结构节点多尺度有限元模型。本发明既能保证计算精度又能最大限度降低计算代价。

主权项

1.一种钢框架结构节点多尺度有限元模型建模方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1）、利用有限元分析软件采取一维梁单元建立钢框架结构计算模型，基于结构构件截面形式异形程度或者节点构造措施复杂情况考虑，选取关键梁柱节点，截取汇交于关键梁柱节点处的梁单元，所截取的梁单元轴向长度取(5~8)倍构件截面高度或直径将截取的这部分梁单元删除，采取上述有限元软件提供的二维板壳单元模拟此删除部分的梁柱构件的板件及节点域的加劲肋；2）、梁单元与板壳单元的连接通过耦合接触面内所有节点的6向自由度实现；引入局部坐标系xoy，以一维梁单元的端点为原点，x轴平行于一维梁单元的轴线方向，y轴垂直于梁轴线，右手螺旋法则确定z轴，则在局部坐标系下，平截面原则定义为对于任意精细模型在界面上的点满足：x_Ai=0，i＝1，2，3，···，n式中x_Ai为精细模型上的A_i点在局部坐标系中的x轴的坐标；界面两侧模型的结点局部坐标系需满足以下关系：yB=Σi=1nαiyAi]]>zB=Σi=1nαizAi]]>式中y_B和z_B分别为一维梁单元的端点在局部坐标系中y轴和z轴坐标，y_Ai和z_Ai分别为精细模型上的A_i点在局部坐标系中的y轴和z轴坐标，α_i为A_i点对一维梁单元的端点纵坐标的平动影响系数，其物理意义表示该结点代表区域的平动刚度与截面上所有结点总平动刚度的比值，且满足由于二维板壳单元存在面外的转角自由度，而一维梁单元结点存在3个空间转动自由度，不同尺度模型间3向转动自由度的耦合传递关系按照如下公式建立：θBx=Σi=1nβiθAxi]]>θBy=Σi=1nβiθAyi]]>θBz=Σi=1nβiθAzi]]>式中θ_Bx、θ_By和θ_Bz分别为一维梁单元的端点在局部坐标系中绕x轴、y轴和z轴的转角，θ_Axi、θ_Ayi和θ_Azi分别为A_i点在局部坐标系中绕x轴、y轴和z轴的转角，β_i为A_i点对B点的影响系数，其物理意义表示该结点代表区域的转动刚度与截面上所有结点总转动刚度的比值；3）、采用有限元软件自由网格划分，通过网格数量、边长及曲率来控制网格的质量，网格尺寸大小根据板件尺寸情况设定为(5~10)mm，二维板壳单元上的荷载以节点集中荷载形式施加，得到钢框架结构节点多尺度有限元模型。