钢结构有限元分析
浅谈某树形钢结构节点有限元分析
浅谈某树形钢结构节点有限元分析摘要：某驿站结构形式新颖，梁柱节点处采用树形节点，截面种类多，受力复杂，需要对复杂节点进行有限元分析，确定节点区域的薄弱部位，为节点构造做法提供依据。
运用软件MIDAS FEA NX对其中的一个树形节点进行线性静力分析，由于树形节点相贯线处的受力情况复杂，采用增加加劲板等措施，计算对比结果表明所采取的措施能够有效缓解树形节点应力，对节点有一定的加固作用，荷载设计值下节点应力满足规范要求。
关键词：树形结构钢节点有限元分析Design of tree shaped steel joint of a post station structureAbstract:the structure of a post station is novel, and the beam column joints are tree joints. There are many types of cross sections and complex forces, so it is necessary to determine its bearing capacity by finite element analysis. The software MIDAS FEA NX is used to carry out linear static analysis on one of the tree nodes. Since the stress situation at the intersection line of the tree node is complex, measures such as adding stiffening plates are adopted. The calculation and comparison results show that the measures taken can effectively relieve the stress of the tree node, have a certain reinforcement effect on the node, and the node stress under the load design value meets the specification requirements.Key words:tree structuresteel nodefinite element analysis1 前言随着钢结构产业在我国的大力发展，钢结构灵活的连接形式和高效的施工速度在跨度大、施工复杂，各种各样的钢结构形式不断地推陈出新，树形结构就是其中的代表，因其外形美观，传力明确而得到广泛应用。
有限元分析在钢结构工程施工中的应用
有限元分析在钢结构工程施工中的应用摘要：现阶段，我国的综合国力不断地提高，人们的生活水平也越来越高。
为满足人们文化及精神生活的需求，各种大型建筑应运而生。
尤其，近年来各种空间钢结构不断涌现，如网架结构、桁架结构、网壳结构等广泛应用于实际工程中。
对大跨空间钢结构而言，由于其结构施工过程复杂，施工方法和施工工艺繁琐，在施工阶段出现风险的概率要比其他结构高。
运用有限元分析，可以在钢结构施工过程中进行计算机模拟跟踪计算，为施工过程提供安全精确的数值分析结果和动态模拟。
关键词：有限元分析；钢结构工程施工；应用引言随着我国经济的发展，大跨度空间钢结构的形式也日趋复杂，施工过程对结构的影响不能忽略。
用施工力学的方法对施工过程进行预分析，不仅可以优选结构施工方案，而且保证施工过程中结构的安全性以及竣工状态结构的内力和位形满足设计要求。
本文基于ANSYS、MARC等大型有限元平台上，并充分考虑施工步骤，等的影响，对结构施工进行跟踪模拟分析。
1有限元方法及软件介绍有限元法可以称为有限单元法或有限元素法，基本思想是将物体（即连续求解域）离散成有限个且按一定方式相互连接在一起的单元组合，来模拟和逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的数值分析法。
结构在施工过程中是逐层承受荷载的，并引起结构相应的内力和变形，每次对结构施加荷载时，结构便形成刚度，便产生内力与变形。
当增加下一结构时，所施加的荷载与原来形成的荷载一起影响结构的变形与内力，这样不停地变化，内力与变形也在不停地发生变化，每次形成矩阵不断地迭代求解，有限元则是采用单元生死技术来控制结构的先后顺序，模拟变形，得到所需要的结果。
结构施工建模步骤如下：（1）建立构件三维空间有限元模型，形成结构整体刚度矩阵；根据施工步骤划分施工阶段，分阶段建模。
（2）利用有限元软件ANSYS的单元生死技术钝化所有施工步（包括构件及其相应的边界条件、荷载和约束），先将整体结构建模，按照施工的顺序，将未建造结构单元的刚度矩阵乘以一个很小的缩减因子，即单元生死系数，这样单元就处于失效的状态下；（3）将单元载荷、质量、应变和刚度设为0值，未建结构单元的质量、刚度对已建结构不产生任何影响。
建筑工程钢结构焊接过程模拟与焊接变形、焊接ansys应力有限元分析(详细图解分析)
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析1.1 焊接变形与焊接应力焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。
在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。
残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。
对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。
焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力，称为焊接残余应力。
并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。
1.2 Ansys有限元焊接分析为通过对焊接过程的三维有限元模拟分析以及焊接后构件变形及残余应力分布分析，为评估焊接对焊件的影响提供更加合理、有效、可靠的分析数据，并为焊接工艺提供一定的指导，为采用的焊接过程提供一定的分析依据，采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行了分析。
ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。
间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。
即：(1)使用热分析的手段进行热分析，根据需要可采用瞬态分析与稳态分析模型，此处为瞬态分析。
(2)重新进入前处理中,将热分析单元转换为相应的结构分析单元，设置结构分析中材料属性,如弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。
有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用
有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用1. 本文概述本文旨在深入探讨有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）在现代工程机械钢结构设计与结构优化过程中的关键作用及其实际应用价值。
随着计算机技术和数值模拟方法的发展，有限元分析已经成为工程领域不可或缺的重要工具，尤其在解决复杂钢结构的力学行为、承载能力评估、疲劳寿命预测以及结构优化设计等问题上具有显著优势。
在工程机械钢结构的设计阶段，有限元分析能够精确模拟构件在各种载荷条件下的应力分布、变形状态和稳定性特征，从而帮助设计者在产品开发初期就对结构性能进行预估和改进。
同时，通过开展细致的有限元仿真研究，可以对潜在的局部薄弱区域进行识别，并据此进行针对性的结构强化设计。
本文将系统介绍有限元分析的基本原理及其在工程机械钢结构领域的具体应用步骤，结合实例阐述如何利用有限元法实现结构静力分析、动力学分析、热力学分析以及多物理场耦合问题的研究。
还将探讨借助高级优化算法与有限元软件平台相结合的方法，实现工程机械钢结构的轻量化、功能化与成本效益最优化设计策略，以期推动该领域的技术进步和产业升级。
2. 有限元分析的理论基础有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种数值计算方法，它通过将一个复杂的结构分解成许多小的、简单的、形状规则的单元（有限元），并对这些单元进行局部的分析，来近似求解整个结构的响应和行为。
有限元分析的基本原理是将连续体划分为有限数量的离散单元，每个单元内部的物理行为可以通过局部的近似函数（形函数）来描述。
通过组装这些局部近似函数，可以得到整个结构的全局近似解。
形函数是有限元分析中的核心概念，它定义了单元内部的位移或温度等物理量的分布情况。
插值是通过有限个已知点（节点）的函数值来构造一个连续函数的过程。
在有限元分析中，形函数通常采用多项式函数，如线性、二次或三次插值。
刚度矩阵（Stiffness Matrix）是描述结构在受力后变形能力的矩阵。
钢结构有限元分析及其振动稳定性研究
钢结构有限元分析及其振动稳定性研究一、引言随着经济的不断发展，越来越多的建筑采用钢结构，因其具有轻量化、强度高、施工快等优点。
然而，钢结构在运行过程中会受到各种载荷的作用，如地震、风荷载等，这些作用会导致结构发生变形、振动、破坏等问题。
因此，了解钢结构的有限元分析方法及其振动稳定性是建筑设计、结构分析等领域的重要研究方向。
本文将介绍钢结构的有限元分析方法及其振动稳定性研究进展。
二、钢结构有限元分析有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种广泛应用于各种工程领域的分析方法。
它将复杂的结构分为有限数量的小元素，然后利用微积分的方法求解每个小元素的行为，最后通过计算机模拟得出整个结构的力学行为。
具体来说，钢结构的有限元分析可以分为以下几个步骤：1、建模：将结构分为小元素，指定边界条件（如支座、荷载等），生成网格模型。
2、材料属性：指定结构材料的性质，如弹性模量、泊松比、密度等。
3、加载：通过加载外力，如重力、风荷载、地震等载荷，对结构进行求解。
4、求解：利用有限元方法求解每个小元素的位移、应变、应力等力学参数。
5、结果分析：对求解的结果进行分析，如结构的刚度、变形、应力等。
三、钢结构振动稳定性研究当钢结构受到一定载荷时，其会发生振动，并产生共振现象。
共振现象会使结构受到更严重的损伤，进而导致其破坏。
因此，钢结构振动稳定性的研究是十分重要的。
1、振动特性分析钢结构振动特性主要包括固有频率、固有振型、振动模态等。
其中，固有频率是指在没有其他力作用时，结构自然发生振动的频率；固有振型是指在固有频率下，结构的振动形态；振动模态是指结构以不同固有频率发生振动的状态。
通过有限元建模，可以可靠地预测结构的振动特性。
利用仿真技术，可以对结构在不同载荷下的振动特性进行分析，从而为结构设计和改进提供依据。
2、振动稳定性分析当结构发生振动时，就要考虑其振动稳定性。
在某些条件下，结构振动会变得不稳定，导致结构失稳。
钢结构模块吊装平衡梁负荷试验及有限元分析
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石油化工设备
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钢结构有限元分析
摘要本文主要对某煤矿地面生产系统，一次破碎站钢结构进行有限元分析。
破碎站由受料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成。
对两部分的钢结构分别进行有限元分析。
在结果中找到危险的部位进行具体的分析。
首先，建立受料仓与给料机的有限元实体模型。
计算等效的载荷，计算出钢结构在载荷下的应力和变形并分析它们的分布情况。
其次，破碎平台与控制室求解过程和上边的一样，但是破碎平台和控制室的连接是铰接，所以在建模的过程中采用耦合的方法进行处理。
最后，对两个有限元实体模型进行模态分析，分别求解出固有频率和模态振型图。
关键词有限元；钢结构；模态分析ABSTRACTThis dissertation mainly to an open coalmine ground production system, one broken to stand steel construction finite element analysis. Store -give material machine and broken platform- control room two parts make up the crush station. Finite element analysis to the steel construction of two parts comparatively. Find the dangerous part to carry on concrete analysis of the result.First of all, set up the finite element of Store -give material machine’s entity mo del. Calculate the equivalent load; solve out the stress and strain of the steel construction under the load and analysis their distribution situation.The next place, the course of solving is the same as above. But the connections of the broken platform and control room are the hinged joint, so deal with by coupling in the course of modeling.Finally, carry on mode analysis to two finite element entity models; it is solve the intrinsic frequencies and mode picture of shaking, respectively.Keyword finite element；steel construction；mode analysis目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要 (Ⅱ)1 前言 (1)1.1有限元分析方法介绍 (1)1.2大型有限元分析软件ANSYS介绍 (2)1.3主要工作 (3)2 受料仓与给料机的钢结构有限元分析 (4)2.1建立有限元模型 (4)2.2载荷等效计算 (6)2.2.1主要结构截面几何参数 (6)2.2.2实际载荷情况 (7)2.2.3实际等效计算结果 (7)2.3有限元分析结果 (10)2.3.1受料仓与给料机整体位移 (10)2.3.2分析部位图 (12)2.3.3支撑立柱结果 (13)2.2.4两根纵梁结果 (17)3 破碎平台与控制室的钢结构有限元分析 (19)3.1建立有限元模型 (19)3.2载荷等效计算 (22)3.2.1主要结构截面几何参数 (22)3.2.2破碎平台实际载荷情况 (23)3.2.3破碎平台实际等效计算结果 (24)3.3有限元分析结果 (26)3.3.1破碎平台与控制室整体位移 (26)3.3.2顶层横梁结果 (27)3.2.3破碎机支撑梁结果 (26)3.2.4破碎机立柱结果 (29)4 破碎站钢结构模态分析 (31)4.1受料仓与给料机的固有频率和振型图 (31)4.2破碎平台与控制室的固有频率和振型图 (32)参考文献 (35)致谢 (36)英文资料原文英文资料翻译1 前言1.1有限元分析方法介绍有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
门式钢架轻型钢结构静力有限元分析--ANSYS命令流
R,5,1.9187E-2,8.16667E-4,2.9443E-3,0.48335,0.175,
RMODIF,5,7,1.9853E-2,8.16667E-4,3.428E-3,0.51665,0.175,
RMODIF,1,7,1.7187E-2,8.16667E-4,1.74344E-3,0.38335,0.175
R,2,1.7187E-2,8.16667E-4,1.74344E-3,0.38335,0.175,
RMODIF,2,7,1.7853E-2,8.16667E-4,2.10287E-3,0.41665,0.175,
*SET,H1,10 !设定代表下檐高的变量H1=10m
*SET,B,32 !设定代表横距的变量B=32m
*SET,L,64 !设定代表纵跨距的变量L=64m
!材料参数设定
*SET,E_LZ,2.1E11 !设定梁柱弹性模量
*SET,U_LZ,0.3 !设定梁柱泊松比
CYL4,0.14,0.125,0.09,-180 !生成左下半个圆
CYL4,0.14,0.175,0.09,180 !生成左上半个圆
CYL4,0.36,0.125,0.09,-180 !生成右下半个圆
CYL4,0.36,0.175,0.09,180 !生成右上半个圆
LSEL,ALL
LSEL,S,TYPE,,3
LESIZE,ALL,,,1
LMESH,ALL
/REPLOT
!建立全模型
ALLSEL
LSYMM,X,ALL
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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I
y ，I
z
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＝864mm2
2.2.1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。
图2.19 局部坐标z轴的弯曲应力图
2.2.3两根纵梁结果
两根纵梁轴向力如图2.20，可见两根纵梁轴向应力很小，最大轴向力192337N，位于F面和纵梁与斜支撑的接触之间。
这里的变形也是最大的。
轴的方向与大部分的载荷
方向近似垂直。
在斜支撑与纵梁连接到纵梁的前端只承受弯矩，不承受轴向力。
图2.20 两根纵梁轴向力图
两根纵梁轴向应力如图2.21所示，可见两根纵梁轴向应力很小，最大轴向应力 ＝13.066MPa，位于F面和纵梁前端之间。
图2.21 两根纵梁轴向应力图
相对于纵梁梁单元局部坐标y轴的弯矩如图2.22所示，其最小弯矩M
＝-0.176×
y
109N·mm，位于斜支撑与纵梁连接处，这里的弯矩最大驱动扭矩作用在悬臂梁顶端。
图2.22 局部坐标y轴的弯矩图
对应的应力如图2.23所示，最小应力 ＝-97.755MPa，位于F－F面处，。
图2.23 局部坐标y轴的弯曲应力图
＝0.174×相对于纵梁梁单元局部坐标Z轴的弯矩如图2.24所示，其最大弯矩M
z
108N·mm，这里是承受给料机尾部受仓压载荷，位置是纵梁和C_C截面相连接。
图2.24 局部坐标Z轴的弯矩图
对应的应力如图2.25所示，最小应力 ＝-47.911MPa。
位于C－C面处。
图2.25 局部坐标Z轴的弯曲应力图。