复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法技术

本发明专利技术涉及钢结构节点设计领域，具体是一种复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法；包括以下步骤，步骤1、采用Midas Gen软件进行管结构整体计算分析；步骤2、采用AutoCAD软件或Rhinoceros软件创建管节点的实体模型；步骤3、采用Rhinoceros对实体模型进行处理，生成曲面网格模型；步骤4、生成的曲面网格模型以板单元形式导入到Midas Gen软件中进行整体计算分析并查看节点的计算结果。本发明专利技术在整体模型中进行管节点有限元分析，节点的边界条件与实际保持一致，保证了计算结果的准确性。克服了单独进行节点有限元分析时边界约束不准确导致的计算结果偏差。

Finite element analysis and design method of integral model of complex steel tube joint

【技术实现步骤摘要】
复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法
本专利技术涉及钢结构节点设计领域，具体是一种复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法。
技术介绍
管结构以相贯节点及板连接节点为主。对于简单的相贯节点和板连接节点，《钢结构规范》(GB50017)和《钢管结构技术规程》(CECS280)对其承载力的计算有明确的规定。但由于管结构的节点形式变化多样，当连接的杆件增多、受力更加复杂时，其传力机制及破坏机理更加不明确，规范给出的计算方法难以适用。针对此类复杂管结构节点的设计目前普遍采用节点有限元法进行设计，辅助以节点试验进行验证。在节点的有限元法设计中，边界与荷载是影响模型真实性和节点分析结果准确性的两个重要因素。节点有限元分析有两种方式，第一种是子模型方式，采用普通建筑结构设计软件，在整体模型中分析，通常整体模型中梁柱杆件都是一维单元，墙板为二维单元。需要设计的节点也采用二维或三维单元，建立划分好网格的细部有限元模型，节点的细部模型与结构整体模型进行绑定处理，通过对整体模型的计算分析就可以实现节点的设计。这种方式节点边界条件和实际一致，计算结果较为精确。但是对于管结构，由于多角度及弯弧的存在，在整体模型中建立划分好网格的节点细部模型，基本上难以实现；第二种是采用大型通用有限元软件，用相应的建模软件用二维或三维单元建立节点细部有限元模型并划分网格，对独立的节点模型设置边界条件和荷载条件进行有限元分析。这种方式对节点设置边界条件和荷载，是目前最常用的，缺点是节点的约束与实际情况不一致，需要从整体模型中提取不同组合下的杆件荷载并施加到节点上，效率低下，得到的分析结果与实际会有一定的差别，导致结果不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种，能够快速的实现在整体模型中节点有限元模型的建立，大大提高了建模效率，同时对于钢管结构节点的边界设置更加准确，得到的结果更加准确。为了达到上述目的，本专利技术是这样实现的：一种复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法，其用到MidasGen软件、AutoCAD软件、Rhinoceros软件，其特征是：包括以下步骤，步骤1、采用MidasGen软件进行管结构整体计算分析；步骤2、采用AutoCAD软件或Rhinoceros软件创建管节点的实体模型；步骤3、采用Rhinoceros对实体模型进行处理，生成曲面网格模型；步骤4、生成的曲面网格模型以板单元形式导入到MidasGen软件中进行整体计算分析并查看节点的计算结果；其中，采用MidasGen对钢管结构整体计算分析时，确定管结构的杆件截面尺寸大小，导出DXF文件格式的杆件轴线模型。所述的复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法，导出的轴线模型基础上建立节点的三维实体模型，保证节点位置与整体模型中一致；此步骤在AutoCAD软件或Rhinoceros软件中操作；其方法包括步骤1、确定需要分析节点的杆件长度，一般取管径的3-5倍；步骤2、通过对轴线进行拉伸等操作创建管的实体模型；步骤3、通过布尔运算，实现管节点的相贯；步骤4、创建节点加劲板、盖板；步骤5、用Rhinoceros生成曲面网格模型之前，将节点曲面模型通过布尔运算进行合并；步骤6、用Rhinoceros软件将合并的曲面模型转换为网格，生成网格模型，网格尺寸大小根据精度要求设置，可取10-100mm，并保存为DXF文件格式；步骤7、MidasGen软件中删除节点分析部位的对应长度的杆件轴线，导入DXF网格模型，根据管壁厚的大小，设置相应导入的板单元厚度；将整体模型中杆单元与管节点的板单元交接处的节点进行绑定处理，完成节点的边界条件设置；步骤8、在MidasGen软件中进行整体模型的计算分析，通过查看板单元的应力实现管节点的一体化设计。本专利技术相对现有技术有如下优点及积极效果：（1）本专利技术在整体模型中进行管节点有限元分析，节点的边界条件与实际保持一致，保证了计算结果的准确性。克服了单独进行节点有限元分析时边界约束不准确导致的计算结果偏差。（2）本专利技术在整体模型中进行管节点有限元分析，充分利用了整体结构加载以及荷载组合的优势，不需要单独施加荷载，一次计算就能得到节点在所有荷载组合作用下的计算结果，提高了多工况下节点设计的效率。（3）通过Rhinoceros软件建模，实现管节点的快速有限元建模，生成的网格模型能够直接导入到MidasGen软件中，解决了MidasGen软件中难以建立管节点有限元模型的难题，保证了整体模型中节点有限元分析的顺利实现。具体实施方式以下通过具体实施例进一步说明本专利技术。一种复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法，其用到MidasGen软件、AutoCAD软件、Rhinoceros软件，其特征是：包括以下步骤，步骤1、采用MidasGen软件进行管结构整体计算分析；步骤2、采用AutoCAD软件或Rhinoceros软件创建管节点的实体模型；步骤3、采用Rhinoceros对实体模型进行处理，生成曲面网格模型；步骤4、生成的曲面网格模型以板单元形式导入到MidasGen软件中进行整体计算分析并查看节点的计算结果；其中，采用MidasGen对钢管结构整体计算分析时，确定管结构的杆件截面尺寸大小，导出DXF文件格式的杆件轴线模型。所述的复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法，导出的轴线模型基础上建立节点的三维实体模型，保证节点位置与整体模型中一致；此步骤在AutoCAD软件或Rhinoceros软件中操作；其方法包括步骤1、确定需要分析节点的杆件长度，一般取管径的3-5倍；步骤2、通过对轴线进行拉伸等操作创建管的实体模型；步骤3、通过布尔运算，实现管节点的相贯；步骤4、创建节点加劲板、盖板；步骤5、用Rhinoceros生成曲面网格模型之前，将节点曲面模型通过布尔运算进行合并；步骤6、用Rhinoceros软件将合并的曲面模型转换为网格，生成网格模型，网格尺寸大小根据精度要求设置，可取10-100mm，并保存为DXF文件格式；步骤7、MidasGen软件中删除节点分析部位的对应长度的杆件轴线，导入DXF网格模型，根据管壁厚的大小，设置相应导入的板单元厚度；将整体模型中杆单元与管节点的板单元交接处的节点进行绑定处理，完成节点的边界条件设置；步骤8、在MidasGen软件中进行整体模型的计算分析，通过查看板单元的应力实现管节点的一体化设计。本专利技术相对现有技术有如下优点及积极效果：（1）本专利技术在整体模型中进行管节点有限元分析，节点的边界条件与实际保持一致，保证了计算结果的准确性。克服了单独进行节点有限元分析时边界约束不准确导致的计算结果偏差。（2）本专利技术在整体模型中进行管节点有限元分析，充分利用了整体结构加载以及荷载组合的优势，不需要单独施加荷载，一次计算就能得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法，其用到Midas Gen软件、AutoCAD软件、Rhinoceros软件，其特征是：包括以下步骤，/n步骤1、采用Midas Gen软件进行管结构整体计算分析；/n步骤2、采用AutoCAD软件或Rhinoceros软件创建管节点的实体模型；/n步骤3、采用Rhinoceros对实体模型进行处理，生成曲面网格模型；/n步骤4、生成的曲面网格模型以板单元形式导入到Midas Gen软件中进行整体计算分析并查看节点的计算结果；/n其中，采用Midas Gen对钢管结构整体计算分析时，确定管结构的杆件截面尺寸大小，导出DXF文件格式的杆件轴线模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法，其用到MidasGen软件、AutoCAD软件、Rhinoceros软件，其特征是：包括以下步骤，
步骤1、采用MidasGen软件进行管结构整体计算分析；
步骤2、采用AutoCAD软件或Rhinoceros软件创建管节点的实体模型；
步骤3、采用Rhinoceros对实体模型进行处理，生成曲面网格模型；
步骤4、生成的曲面网格模型以板单元形式导入到MidasGen软件中进行整体计算分析并查看节点的计算结果；
其中，采用MidasGen对钢管结构整体计算分析时，确定管结构的杆件截面尺寸大小，导出DXF文件格式的杆件轴线模型。


2.根据权利要求1所述的复杂钢管节点整体模型的有限元分析设计方法，其特征是：导出的轴线模型基础上建立节点的三维实体模型，保证节点位置与整体模型中一致；此步骤在AutoCAD软件或Rhinoc...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘斯勇，冯锋，
申请(专利权)人：上海宝冶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31