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梁柱螺栓连接中摩擦的有限元分析

发布于:2016-02-24 20:33
有限元分析

      接触摩擦问题广泛存在于钢结构领域,尤其在钢框架梁柱螺栓连接中。接触是一种高度非线性问题。1882年英国的Hertz提出了弹性接触理论,它只能应用于一些简单、半无限体以及接触态不复杂的接触问题。20世纪50年代后,随着计算机硬件和App水平的提高,在接触问题上出现了几种有效的数值计算方法:有限元分析法、边界元法、数学规划法等。在解决接触问题中,有限元法是较为有效的方法。国内外许多学者通过试验研究了螺栓连接的接触摩擦问题,分别提出许多简化模型和公式,也有不少学者通过对螺栓采取不同的假定和单元,对螺栓连接中的接触问题进行了有限元分析。基于ANSYS有限元App,在分析接触摩擦机理的基础上,研究了接触摩擦理论在螺栓连接有限元计算的应用。
      接触问题属于状态非线性问题,接触面的分和合随材料、荷载、边界条件而变化,而且大多数接触问题伴随摩擦,在计算中摩擦使收敛性变的更加复杂困难。
      接触机理可以认为当两固体接触时,由于表面粗糙度,两个表面之间微凸体高度之和最大的部位最先接触。随着荷载增加。其他成对的微凸体也相应接触。每一微凸体开始接触后,发生弹性变形,当荷载超过某一临界值时,发生塑性变形或者处于弹塑性变形状态。
      国内外许多学者通过试验观察了摩擦现象,提出不同的摩擦理论和假定,如古典摩擦定律、机械互锁学说、分子引力学说、修正的黏着理论、滑移现场理论等。目前在钢结构领域应用最广泛的是Coulomb摩擦定律,即摩擦力的方向总是与接触表面相对运动速度的方向相反,其大小与接触物体间的法向压力成正比。
      根据物体刚度,接触分为刚体-柔体接触和柔体-柔体接触。在ANSYS有限元App中,根据接触方式不同,接触问题分为点-点接触、点-面接触和面-面接触。点-点接触可应用于组合结构中,通过combin39单元来模拟钢梁和混凝土板之间的接触滑移问题。面-面接触问题适合于解决大面积接触的有限摩擦问题,能克服点-点接触和点-面接触在布置结点方面的不灵活。因此,可以采用面-面接触来研究螺栓连接中的接触摩擦问题,准确模拟螺帽与连接板、连接板与连接板、螺栓与连接板孔洞之间的接触。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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