杆件模型建模
RFEM 提供将薄壁截面作为杆件转换为面模型的选项。 因此应先创建杆件模型,然后再进行转换。 本文中使用的模型如图 01 所示。
这是一个单门厅刚架,图中用箭头突出显示的刚架连接件将由面模型代替。 杆件的长度在这里从两方面起到重要作用。
- 与杆件相比,面模型需要更多的有限元单元。 因此,我们建议选择尽可能小的杆件长度,以便最大程度地减少计算工作量和计算时间。 如果将更多的有限元单元定义为面模型并且杆件的大部分被定义为面模型,则计算会更加精确。
- 从杆件模型到面模型的转换需要一个良好的荷载向导,因为杆件内力必须从节点传递到截面的相关线上。 为了得到尽可能真实的荷载分布,杆件不应该太短。
为了满足这两个要求,可以使用荷载分布在角度为 60° 的一般规则。 因此,至少应将截面的最大宽度用作荷载作用区域的长度。
图 02 是在截面宽度 w 一半的位置对三个建模后的屋盖节点进行比较。 参考值为 von Mises 等效应力。 可以看出,方案 1 和方案 2 之间的差异仍然很大。 在长度是方案 3 的三倍多的情况下,几乎看不到差异。 为了安全起见,我们建议使用长度的一倍的截面宽度。 这同样适用于梁。 为了简单起见,这里没有进行切割,而是使用了整个楔形结构。
因为柱子应该是连续的,所以需要再向上延伸一根杆件。 选择杆件长度时应至少超过变截面区域,因为稍后将被裁减到正确的长度。 修改后的有梁连接节点如图 01 b 所示。
创建面模型
然后可以将杆件转换为面模型。 为此,请在一根杆件上单击鼠标右键,然后选择“生成面”。 但是,创建的模型有很多相贯之处。 此外,端板、肋和顶部柱子的正确倾角也缺失。
首先,编辑相贯。 为此需要选择“连接线/杆件”工具。 如果选择了两个相交面,则会在相交的边界线上创建交点。 也可以创建交点并转换为线。 然后如图03所示,通过将变截面的末端点移至新建的点上。
面可能会变得不正确,或被删除。 这可以在以后更正。 删除所有不需要的线和节点后,出现如图04所示的模型。
下一步是任意切割柱子。 为了正确显示锥度的右侧,复制时位移向量使用上翼缘的边缘之一。 图04显示了该过程。 复制柱子和梁翼缘的交点。 在“移动/复制”对话框中输入一个副本,并选择该副本作为梁翼缘始端和末端节点的向量。 因为梁被折减,所以这个方向的值(这里是 dY)必须设置为 0。 在两个节点之间定义一条线。 现在,该线与柱子的对侧翼缘相交。 用户可以使用“连接线/杆件”工具生成交点。
在显示正确的倾斜后,新节点被镜像或复制到柱子的另一侧,然后将柱端节点移到这个新节点上(图05 a)。 此时可以将柱子和创建的延伸之间的节点移到变截面柱的下边缘,并为加劲肋和端板创建附加的线,如图05b所示。
然后创建楔形结构的端板。 柱子和梁的交线可以垂直于柱子进行复制。 该距离取决于翼缘和端板的厚度。 在每种情况下都必须增加一半的厚度。 在当前示例中,翼缘的厚度为13.5 mm,端板的厚度为12 mm。 由此得出大约 13 mm 的距离。 当线被复制后,梁的线也可以被移动到新的端部节点上(图06),并且可以为端板创建额外的连接线。 这一步之后,楔形面将不复存在,因为边界线已经改变。
最后创建肋线以及丢失的和新的面。 在这种情况下,结果将如图07所示。 为使面的显示界面更加清晰,面会根据厚度的不同使用不同的颜色显示。
建模螺栓/翼缘连接
梁端板和柱子翼缘之间的连接通过接触实体和杆件实现。 接触实体位于两个面之间(柱/梁),可以在面之间模拟拉力破坏。 螺栓作为杆件承担拉力。
首先进行钻孔。 钻孔的底部是在翼缘和端板上的开口。 为此,首先将上部端板的节点复制到正确的位置上(图08a)。 在这个位置上可以创建一个圆(这里要考虑工作平面)。 接触实体的边界面总是有四条边界线。 因为这还不是该孔及其内表面的情况,所以必须将圆分成两段(插入线并使用“连接线/杆件”)。 然后可以通过“选择边界线”来定义洞口(图 08 b)。
下一步将生成的钻孔和钻孔的中心一起复制到底部。 然后可以对两个钻孔进行镜像(图09a)。 要创建一个接触实体,或者更确切的说是两个接触实体,是通过点击对应的面并选择“创建带接触的实体”来实现的(图09b)。 完成的接触实体如图 09 c 所示。 在实体的对话框中设置“受拉失效”属性。
根据使用的螺栓直径,可以使用圆钢截面的杆件进行建模。 可以施加预应力。 杆件和面的连接是通过类型为“受拉的受拉膜”实现的。 在拉力作用下的破坏是在有孔支座中模拟的(图10)。
与杆件模型的连接是由刚体杆件创建的。 在面模型的截面轮廓的两端创建刚性杆件,确保了均布荷载从杆件到面模型的点。
提示和技巧
在生成有限元网格时就可以清楚地看到建模是否一致。 下面将介绍三个典型问题及其解决方法。
“面的定义线不是封闭的。”
如果面的边界线已被修改,则会出现此问题。 在这种情况下会涉及到多个楔面。 这些旧的面已经被新的面代替,可以删除旧的不完整的面。 通常,可以说修正面比使用“选择边界线”创建一个新面花费的时间更长。
“接触面上的集成对象编号不对应。”
使用接触体时,两个接触面必须完全相同。 节点位于一个面上,则该节点沿面的法线方向也存在于另一个面上。 边界面也必须连续通用于两个接触面。
"侧面XX没有四条边界线。"
接触实体的所有侧面有四条边界线。 这也适用于接触实体中的孔洞。 图11显示了一个小例子。 在情况 a 中,显示的边界面正好有 4 条线 (2, 22, 10, 23);但是在情况 b 中,它有五个,这是不允许的。 接触面的边界线的数量并不重要。