淺談有限元計算在鋼結(jié)構(gòu)制造中的應用
摘 要：文章運用有限元計算軟件ANSYS和ABAQUS，針對現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)制作過程中的焊接變形、吊裝、運輸?shù)裙ば蜻M行有限元模擬分析，合理簡化計算模型，求得的應力、應變等計算結(jié)果指導現(xiàn)場施工，減少現(xiàn)場工作量，保證制造質(zhì)量。
關鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；有限元；計算模型
1 有限元方法及軟件介紹
有限元法可以稱為有限單元法或有限元素法，基本思想是將物體（即連續(xù)求解域）離散成有限個且按一定方式相互連接在一起的單元組合，來模擬和逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題求解的數(shù)值分析法。
完整的有限元分析必須包含三個方面內(nèi)容：有限元方法的基本數(shù)學力學原理、基于原理形成的實用軟件和使用軟件時必須配備的計算機硬件。有限元分析過程可分成三個階段，前處理、處理和后處理。前處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡便提取信息，了解計算結(jié)果。
目前，通用的有限元計算軟件主要有ANSYS、ADINA、ABAQUS、SAP、ALGOR等，其中，ANSYS軟件在致力于線性分析的用戶中具有很好的聲譽，它在計算機資源的利用和用戶界面開發(fā)等方面做出了很大的貢獻，ABAQUS軟件則致力于更復雜和深入的工程問題，其強大的非線性分析功能在設計和研究的高端用戶群中得到了廣泛的認可，文章就以ANSYS軟件和ABAQUS軟件為例，介紹有限元計算在鋼結(jié)構(gòu)制造中的應用情況。
2 有限元計算在鋼結(jié)構(gòu)制造中的應用
有限元計算在鋼結(jié)構(gòu)制造中應用廣泛，計算內(nèi)容包括熱分析、焊接變形分析、靜力結(jié)構(gòu)分析、動力學分析、疲勞計算等。實際生產(chǎn)過程中，焊接變形分析和靜力學分析運用最多，下面舉例介紹鋼結(jié)構(gòu)項目的焊接變形分析和大型構(gòu)件的整體吊裝分析。
2.1 焊接變形分析
鋼塔現(xiàn)場分節(jié)段進行吊裝，節(jié)段長度8m，節(jié)段吊裝精確定位后進行焊接，由于壁板板厚大，現(xiàn)場的焊接方法和焊接順序?qū)附幼冃斡绊憳O大，如何確定鋼塔截面上焊縫的焊接順序，直接關系到鋼塔的整體安裝精度和線形，下文在ABAQUS軟件對現(xiàn)場焊接進行模擬的有限元分析，對不同的焊接方案進行結(jié)果比對，選出最優(yōu)方案指導現(xiàn)場施工。
根據(jù)實際工程經(jīng)驗及大量計算結(jié)果，采用分中對稱焊接方案對鋼塔節(jié)段進行拼裝焊接。分中對稱焊接方案和順序焊接方案相比較，焊接收縮量小，且截面各部分收縮差均較小。
最優(yōu)焊接順序為“先焊腹板外側(cè)，然后焊短邊外側(cè)，再焊長邊內(nèi)側(cè)”，最差焊接順序為“先焊長邊外側(cè)，然后焊長邊內(nèi)側(cè)，再焊短邊外側(cè)”，如圖1所示，余下部分的焊接順序?qū)Y(jié)果影響不大。
2.2 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段整體吊裝分析
隨著大型遠洋運輸設備和起重設備的`快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)制作越來越來已整體節(jié)段和模塊的形式進行運輸，到達現(xiàn)場后整體吊裝，極大地縮短了施工周期，同時又保證了產(chǎn)品質(zhì)量。下面結(jié)合工程實例簡要介紹鋼結(jié)構(gòu)整體吊裝的有限元分析方法。
3 結(jié)束語
現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設計和制造過程中涉及到大量的力學計算和焊接計算，傳統(tǒng)的計算方法計算復雜，需要投入較多的人力和時間，計算精度較低。隨著計算機硬件和軟件行業(yè)的快速發(fā)展，利用ANSYS和ABAQUS等有限元分析軟件進行強度、剛度以及焊接熱分析，既準確、經(jīng)濟、可靠，又能得出構(gòu)件在各種工況下的應力、應變參數(shù)。有限元計算時需要合理的簡化計算模型，計算模型不能偏離實際問題本身，以最簡單的計算方法模擬最真實的工況狀態(tài)，為實際生產(chǎn)提供依據(jù)，指導生產(chǎn)，保證工程質(zhì)量和安全。
參考文獻
[2]商躍進，王紅.有限元原理與ANSYS實踐[M].清華大學出版社，2012.
作者簡介：龐延波（1981-），男，碩士研究生.
【淺談有限元計算在鋼結(jié)構(gòu)制造中的應用】相關文章：