角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法技术

本发明专利技术公开了一种角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法，在步骤S10中还包括如下步骤：S101、对模型进行网格划分，形成单元尺寸，将模型的单元尺寸控制在18‑22mm，连接处的单元尺寸控制在2‑4mm；S102、对模型进行有限元分析，其中节点板和角钢的泊松比取0.3，忽略自重影响，螺栓为10.9级高强螺栓或8.8级高强螺栓；S103、建立模型的接触面以及目标面，同时根据有限元分析结果采用最小二乘法进行拟合得到β的计算公式如下：

【技术实现步骤摘要】
角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法
本专利技术涉及角钢塔节点分析
，具体来说，涉及一种角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法。
技术介绍
试验研究是考察节点半刚性性能最直接有效的方法，但是角钢-节点板连接节点构造复杂，可变的几何参数众多，例如角钢的肢宽和肢厚、节点板厚度、螺栓个数、螺栓间距、螺栓直径、螺栓群排列方式、螺栓强度等级和钢材强度等等。受到人力、经济和时间的限制，试验样本不可能覆盖工程节点实际尺寸的各个范围，难以全面地展开研究。目前，计算机硬件水平飞速提升，计算效率很高，所以建立准确的有限元模型进行参数分析成为节点理论分析研究的主流方式之一。迄今为止，对于角钢-节点板连接节点半刚性性能的研究还不多见，设计人员没有相应的技术规范可循，从而无法推进特高压输电塔半刚性体系设计研究。同时，对角钢-节点板连接节点半刚性性能中一些重要的参数如初始转动刚度和极限弯矩，以及除试验结果之外可能存在的节点破坏模式等问题亟需进一步深入研究。为此，应进行大量的有限元计算，将数值方法和试验方法以及理论方法相结合，为该类型节点半刚性性能的设计提供有力的依据。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法，具有可快速得出螺栓个数对节点的影响的优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法，包括如下步骤：S10、建立模型，其中模型包括角钢、节点板和螺栓；S20、录入求解控制参数；S30、根据录入求解控制参数和公式加载求解并得出结果；其中公式为：Kim＝βKit式中，β为修正系数；Kim为修正初始转动刚度，Kit为根据理论公式式计算得到的初始转动刚度；取修正系数β计算式形式如下：其中，x1～x9为待定系数，e为数学中的自然常数，ng＝10.9或8.8，代表螺栓强度等级。优选的，在步骤S10中还包括如下步骤：S101、对模型进行网格划分，形成单元尺寸，将模型的单元尺寸控制在18-22mm，连接处的单元尺寸控制在2-4mm；S102、对模型进行有限元分析，其中节点板和角钢的泊松比取0.3，忽略自重影响，螺栓为10.9级高强螺栓或8.8级高强螺栓；S103、建立模型的接触面以及目标面，同时根据有限元分析结果采用最小二乘法进行拟合得到β的计算公式如下：优选的，在步骤S20中还包括如下步骤：S201、采用完全牛顿-拉普森方法求解控制参数；S202、用NLGEOM命令设置考虑大变形效应，子步数取50，平衡迭代最大次数取30，打开线性收索、自动时间步和自由度求解预测器。优选的，在步骤S30中还包括如下步骤：S301、提取有限元模型中相应计算点的位移数据；S302、换算出节点的转角，进入POST26后处理模块，绘出弯矩-转角全过程曲线。本专利技术的有益效果是：1)通过分析其他条件相同的情况下，螺栓个数对节点初始转动刚度的影响最大，可用来较大地调整节点初始转动刚度；其他因素影响相对较弱，按影响能力的大小依次为螺栓间距、螺栓直径、肢厚、节点板厚和肢宽。2)通过分析其他条件相同的情况下，增加螺栓个数可以有效地提高节点的极限弯矩。增大螺栓直径、提高主材钢材强度和螺栓间距对提高节点的极限弯矩也有一定作用。对于螺栓剪切破坏控制的节点，主角钢尺寸和节点板厚度对节点的极限弯矩影响很小。此类节点的形状系数n基本上集中在2.06左右。3)根据有限元结果对初始转动刚度的理论公式进行了修正，修正后的理论公式结果和有限元及试验结果吻合较好。拟合出了Kishi-Chen模型中的各参数的计算公式，按拟合公式得到的幂函数曲线和试验曲线、理论曲线以及有限元曲线吻合较好，可以为工程设计提供参考。附图说明图1是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的单元模型结构示意图；图2是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的测试件整体结构应力分析示意图；图3是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的主角钢螺栓应力分析结构示意图；图4是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的支角钢螺栓应力分析结构示意图；图5是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的节点板应力分析结构示意图；图6是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的主角钢应力分结构示意图；图7是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的支角钢应力分析结构示意图；图8是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的钢材本构示意图；图9是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的螺栓本构示意图；图10是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的节点加载示意图；图11是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的主角钢和螺帽面接触示意图；图12是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的节点板和主角钢、螺帽和支角钢接触示意图；图13是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的支角钢和螺帽接触示意图；图14是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的螺杆和主角钢螺孔面接触示意图；图15是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的螺杆和支角钢螺孔面接触示意图；图16是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的外列螺栓先屈服示意图；图17是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的螺栓群屈服示意图；图18是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的主角钢应力示意图；图19是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的节点板应力示意图；图20是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的主角钢X向位移示意图；图21是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的节点板Z向位移示意图；图22是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的试验和有限元节点弯矩-转角曲线对比示意图；图23是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的主角钢规格对初始刚度的影响示意图；图24是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的修正理论公式误差带分析示意图；图25是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的拟合公式误差带分析示意图；图26是本专利技术所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法的实施例的试验、理论、有限元和Kishi-Chen模型的对比示意图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS10、建立模型，其中模型包括角钢、节点板和螺栓；/nS20、录入求解控制参数；/nS30、根据录入求解控制参数和公式加载求解并得出结果；其中公式为：/nK

【技术特征摘要】
1.一种角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10、建立模型，其中模型包括角钢、节点板和螺栓；
S20、录入求解控制参数；
S30、根据录入求解控制参数和公式加载求解并得出结果；其中公式为：
Kim＝βKit
式中，β为修正系数；Kim为修正初始转动刚度，Kit为根据理论公式式计算得到的初始转动刚度；
取修正系数β计算式形式如下：



其中，x1～x9为待定系数，e为数学中的自然常数，ng＝10.9或8.8，代表螺栓强度等级。


2.根据权利要求1所述的角钢塔半刚性节点的非线性数据加载方法，其特征在于，在步骤S10中还包括如下步骤：
S101、对模型进行网格划分，形成单元尺寸，将模型的单元尺寸控制在18-22mm，连接处的单元尺寸控制在2-4mm；
S102、对模型进行有限元分析，其中节...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红军，刘蜀宇，
申请(专利权)人：重庆瑜煌电力设备制造有限公司，重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50