基于扩展有限元法钢节点断裂性能分析

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本文以甘肃省科技馆钢结构中的典型梁柱节点为研究对象,基于扩展有限元法进行钢节点的断裂性能的研究。本文采用有限元软件ABAQUS进行模拟分析,建立H型梁柱焊接节点,首先对比在不同预应变条件下梁柱节点受荷载作用的断裂性能,同时模拟对比采用全焊型连接方式和栓焊混合连接方式的钢结构梁柱节点在受荷载作用下的断裂性能,并且基于扩展有限元法,研究了初始裂纹在焊缝中的位置对于梁柱节点断裂的影响作用,同时对比不同角度的初始裂纹对梁柱节点的断裂的影响。  1.计算梁柱全焊节点塑形等效应变PEEQ值,数值表明裂纹易出现焊缝根部下端,由下向上扩展,焊缝两端部最先开裂,焊缝的中部也易产生裂纹。  2.模拟不同预应变下梁柱节点的断裂性能,结果表明预应变对于前期裂纹产生的影响不大,对于后期裂纹扩展影响巨大,预应变降低了材料的断裂韧性提高材料的屈服强度,预应变越大,节点裂纹扩展越快,脆性断裂的速度越快。  3.模拟全焊型梁柱连接节点和栓焊型梁柱连接节点在相同荷载作用下的断裂性能。结果表明在相同荷载作用下,全焊连接方式单元开裂程度大于栓焊连接方式,两种连接方式的梁柱节点都是在焊缝两端部区域先出现裂纹,焊缝局部呈现撕裂状,相比较栓焊连接方式的梁柱节点更加偏安全。  4.研究不同尺寸焊接孔全焊型梁柱节点断裂性能。结果表明在相同荷载作用下,焊接孔直径越大越易发生脆性断裂,焊接孔孔型越接近圆形,对于受荷载作用节点断裂破坏的削弱作用越小,加长焊接孔的尺寸可以通过焊接孔局部变形提高梁柱节点抵抗脆性破坏的性能。  5.模拟不同位置初始裂纹对梁柱节点裂纹扩展的影响。结果表明初始裂纹位置对梁柱节点断裂影响很大,距离焊缝根部越远,焊缝单元开裂程度越小,裂纹扩展和张开程度越不明显,初始裂纹对梁柱节点断裂性能的影响越小。初始裂纹位置对梁柱节点断裂性能的影响同无缺陷梁柱节点断裂裂纹路径有一定的联系。  6.对预设置不同角度初始裂纹梁柱节点断裂模拟。结果表明不同角度初始裂纹对梁柱节点断裂起到不同的作用,垂直初始裂纹加速节点断裂时断裂面裂纹的贯通,450初始裂纹促进裂纹单元扩张。
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