[發明專利]一種復雜形式殘余應力的數值模擬方法

有效

• 申請號: 201711148544.2
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107832537B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 韓慶華;程禹皓;蘆燕
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉玥

本發明公開了一種復雜形式殘余應力的數值模擬方法，包括以下步驟：步驟A：建立鋼構件有限元模型，對構件進行單元劃分；步驟B：提取每個單元的單元編號，和單元所屬的節點編號、坐標；步驟C：對步驟B獲得的節點坐標進行處理，計算每個單元在鋼構件殘余應力數學模型中對應的殘余應力，并按殘余應力值對每個單元進行分組；步驟D：將步驟C得到的殘余應力引入到鋼構件有限元模型中，得到含有殘余應力的有限元模型。本發明能夠有效地解決現階段將鋼構件的復雜形式殘余應力引入有限元模型的困難，使得模型更加接近真實的受力狀態，從而能夠建立精細化的分析模型分析鋼構件的極限承載力、疲勞性能以及穩定性能。

技術領域

本發明涉及土木工程數值模擬方法，特別涉及一種復雜形式殘余應力的數值模擬方法。

背景技術

在鋼結構研究領域，對鋼結構構件的數值模擬和有限元分析是一個十分重要的研究手段，因此如何準確地模擬出鋼構件的真實受力狀態是一個至關重要的問題。其中，殘余應力對于構件極限承載力，疲勞性能和穩定性能有很大的影響。目前在有限元軟件中輸入殘余應力的主要方法是界面選取(GUI)操作或者直接按單元輸入，由于操作方法比較復雜，在數值分析模型中所引入的殘余應力形式比較簡單。隨著研究學者們針對鋼構件殘余應力研究的深入，總結得到的殘余應力的數學模型越來越復雜，使用界面選取(GUI)操作或者直接按單元輸入法引入殘余應力也愈發困難，因此需要得到一種高效并且有效的方式將各種構件的殘余應力引入到有限元分析和數值模擬的相關模型中。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前鋼構件數值模擬過程中關于殘余應力引入方面的不便而提供一種復雜形式殘余應力的數值模擬方法，利用本方法能夠有效地解決現階段將鋼構件的復雜形式殘余應力引入三維實體單元有限元模型的困難，使得模型更加接近真實的受力狀態，從而能夠建立精細化的分析模型分析鋼構件的極限承載力、疲勞性能以及穩定性能。

本發明所采用的技術方案是：一種復雜形式殘余應力的數值模擬方法，包括以下步驟：

步驟A：建立鋼構件有限元模型，對構件進行單元劃分；

步驟B：提取每個單元的單元編號，和單元所屬的節點編號、坐標；

步驟C：對步驟B獲得的節點坐標進行處理，計算每個單元在鋼構件殘余應力數學模型中對應的殘余應力，并按殘余應力值對每個單元進行分組；

步驟D：將步驟C得到的殘余應力引入到鋼構件有限元模型中，得到含有殘余應力的有限元模型。

其中，步驟A中，采用ABAQUS軟件建立鋼構件有限元模型，構件單元劃分情況包括：直板處沿形成構件的板件寬度方向劃分有若干單元，沿壁厚方向劃分有若干層，沿構件長度方向也劃分為若干層。

其中，步驟B具體過程為：利用循環依次首先讀取ABAQUS建立的鋼構件有限元模型的INP文件中節點信息文本，得到包含各個節點編號及各個節點對應坐標的節點信息矩陣，然后讀取INP文件中的單元建立文本，得到包含各個單元編號及各個單元對應的組成節點編號的單元信息矩陣。

其中，步驟C具體過程為：

步驟C1：在MATLAB軟件中通過循環由單元信息矩陣讀取每個單元的節點編號，再由節點信息矩陣讀取這些節點的坐標，最后代入鋼構件殘余應力數學模型進行處理，計算每個單元的從屬節點在鋼構件殘余應力數學模型中對應的殘余應力，獲得每個單元每個節點的殘余應力；

步驟C2：對同屬于一個單元的每個節點的殘余應力取平均值，得到該單元在鋼構件殘余應力數學模型中所對應的若干種平均殘余應力；

步驟C3：將鋼構件殘余應力數學模型中得到的若干種平均殘余應力進行疊加，得到每個單元在鋼構件殘余應力數學模型中對應的殘余應力，形成包含單元編號和對應殘余應力數值大小的殘余應力信息矩陣；