为了得出关于选择建模方法的有效结果,首先创建一个可以与经典方法进行比较的结构模型是非常有帮助的。
在先前的技术文章中,通过使用规范 EN 1993-1-8 [1] 中的公式计算刚性连接端板的承载力。 在这里的例子中,端板的承载力通过有限元建模方法加载,得出的承载力为 324.95 kNm。
面模型
梁 HEB 400 长度设置为 500mm,并且分解成面。 假定在实心螺栓头下面的端板是刚性的,那么创建一个直径为 44mm 的刚性面,即垫圈。 为了模拟螺栓在拉力作用下的柔性,定义直径为 24 mm,长为 29 mm(= 端板厚度 + 垫圈厚度)。 为了确保将荷载均匀的导入梁中,在加载位置使用刚性端板。
由于在端板 z 轴上的刚性支座会导致收敛问题,因此这里假定为 2 ∙ 108 kN/m³ 的面弹性支座,并且该位置由于梁节点的对称条件而不会发生变形,或者说这里出现预期的最大撬力,另外设计一个线支座。 两个支座会在正的支座反力时失效。 因为按照规范 EN 1993-1-8 [1] 进行塑性设计,要选择屈服准则为 23.5 kN/cm² 的材料模型 “二维 / 三维各项同性塑性”。 一旦在有限元单元中达到屈曲准则,它就不能承受更多的力,并且进行应力重分布。
结果
可以确认手动计算的破坏准则“螺栓破坏同时翼缘屈服”。
在应用非线性材料模型“二维三维各项同性塑性”时,必须分析判断塑化单元的区域面积。 必须考虑的是,已经是塑性的单元保持着损坏状态。 有限元模型显示了过大的塑性区域。 这意味着在使用面模型进行考虑时连接是超载的。 计算出的螺栓拉力 279kN 和 288 kN 也超出了极限拉力。
通过其它的建模,在把梁、端板、螺栓和焊缝创建为体单元的情况下,力的传导从梁到端板通过焊缝(=较大的荷载传导面),得出的塑性区域面积相似。