淺談大型鋼結構件有限元力學分析方法

黎燕文

（西南交通大學土木工程學院,四川 成都 611756）

1 大型鋼的特點

大型鋼的特點，大致可以分為兩個，其一是大型鋼的載荷特點，其二是大型鋼的結構特點。

大型鋼的載荷特點，大致可以分為三個，其一是工作載荷比較大，其二是大型鋼自身的重量，其三是所受到的載荷大。

大型鋼的特點。大致有三個，其一是結構比較復雜繁多，其二是體積比較龐大，其三是桁架結構多。

2 所構建模型的特點

在構建模型時，必須要實際的施工情況相聯系，對單元方面的選擇，是非常簡單的，通常來說，只需要兩個部分就可以了，其一是一個面單元，其二是一個梁單元。

在構建模型時，是存在著一定困難，大致有三個難點，其一是工作量非常大，這是因為大型鋼的結構比較復雜，零件也比較多，從而就造成了構建模型的工作量比較大；其二是有限元的模型比較大，計算量也比較大，盡管有限元把大型鋼劃分為若干個單元，但是，由于大型鋼的過于龐大，劃分之后的數量還是非常多；其三是模型在對接時是比較麻煩的，由于工作量比較大，就導致了需要多人共同完成。

3 有限元建模的辦法

構建大型鋼的有限元模型時，需要有四個程序，其一是構建有限元模型的前處理，其二是分塊構建模型，其三是模型的疊加，其四是對載荷的處理。

3.1 構建有限元模型的前處理

為了構建模型時比較簡便，可以從三個方面進行簡化，其一是用于包裝主樓的一些鐵皮，質量與其它部分相對比，是比較小的，因此，在構建模型的時候，是可以進行簡化的；其二是對一些可以不進行力學方面研究分析的部分，在研究分析中，只考慮自身重力的因素，因此，不需要建立出實際的模型；其三是大型鋼的結構部件是主要是由兩個方面構成的，其一是鋼梁，其二是鋼板，它們之間是由三個方法聯接的，其一是鉚接，其二是螺栓聯接，其三是焊接。

3.2 分塊構建模型

要與實際的參數以及幾何結構相結合，在構建模型的時候，就可以采用從上到下的順序，在構建模型的時候，最好不要隨意修改。在構建模型的時候，需要需要注意幾個方面的問題，其一是使用的是間接構建模型的辦法；其二是不能夠出現斷點；其三是在建立面單元過程中所出現的問題；其四是在畫線以及畫面時所出現的問題；其五是關于編號的問題；其六是讓改變減到最少；其七是讓運算量達到最少。

使用的是間接構建模型的辦法。第一步是要建立一些關鍵點，把這些關鍵點畫成線，這些線構成一個面；第二步是把每個點、線、面都確定參數，然后再進行單元劃分；第三步是與各點、各線、各面的具體情況相結合，以此來選擇單元劃分的大小以及疏密；第四步是與幾何要素相聯系，以此來進行單元劃分，確定出模型。

不能夠出現斷點。在一條線或者是一個面上，構成它的每一個點都必須是它的一個重要的元素。

在建立面單元過程中所出現的問題。在構建面單元時，必須是一個封閉的曲線框。

在畫線以及畫面時所出現的問題。在畫線以及畫面的時候，對于同一類的元素，可以確定它們的參數，再根據這些參數來進行單元的劃分。這樣做，可以把多個部分的程序疊加起來，就會變得非常容易。

關于編號的問題。在構建有限元模型的時候，各線、各面、節點以及單元編號都是由程序來生成的，如果把它們重疊組合，編號就要發生改變。

讓改變減到最少。盡量不要發生變化，因為一旦發生了變化，就會導致編號發生改變，與之相關的部分也要隨著改動，這樣就增大了工作量。

讓運算量達到最少，這樣就可以提高運算的速度，為了達到這個目的，是可以在計算中尋找規律的。

3.3 模型的疊加

把各單元的模型構建完成后，經過調試，確定成功無疑之后，就可以把它們全部疊加起來，構建成為一個完整的模型。在疊加的過程中，需要注意到三個方面的問題，其一是編號不能夠相重合，其二是某些點的坐標值要隨著程序的運算而發生變化，其三是編號要隨著程序的運算而發生變化。

3.4 載荷處理

在計算的過程中，設備的載荷必須要是實際的。在實際的工作中，載荷大致是包括三個方面，其一是風載荷，其二是自重，其三是工作載荷。其中，設備的自重，只要把加速度的因素考慮進去就可以了。

4 計算以及結果

大部分有限元的模型構建的工作完成，以及載荷的施加的工作完成，之后，就可以進行計算了。在這時，對面單元需要應力分析，對梁單位則需要變形分析對于設備的位移情況，用繪制節點的辦法就可以達到目的，而且可以通過節點的前后位置知道它們的位移量，這樣做，一來可以直觀看出位移的情況，二來可以有利于快速計算。

對于面單元的問題，可以通過兩種圖形的制作，一來可以比較直觀觀察出應力改變的情況，二來有利于計算。這兩種圖形，其一是等效應變圖，其二是等效應力圖。

對于梁單元，直接運用等效應變圖、等效應力圖、列表的方法已經不能夠表示出應力的變化情況，那就必須使用其它的方法，比如，與實際情況相結合，能夠建立單元反應以及應變的單元表，然后再繪制等效應力圖、等效應變圖、列表來反映變化值來求得結果。

5 結語

在進行力學分析時，一定要與實際情況相聯系，在進行分析時應該考慮得比較全面。

[1]韋寶成，楊偉旗，章青，白相強.大型鋼結構非滑道建造過程中風荷載作用的研究[J].港工技術，2010，11(6)：206-207.

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