不锈钢焊接工字型截面短柱试验的有限元模拟

    孙维喜

    

    

    摘?要：本文基于有限元分析軟件ABAQUS，对不锈钢焊接工字型截面短柱试验进行有限元建模与分析。本文详细描述了建模步骤和方法，建立了能够拟合不锈钢焊接工字型截面短柱试验的有限元模型。

    关键词：不锈钢;焊接工字型截面;有限元分析

    文章编号：2095-4085（2020）08-0074-02

    近年来不锈钢作为建筑结构材料被广泛应用于土木建筑工程中。与普通低碳钢相比，不锈钢具有超强的耐腐蚀特性和完美的表面装饰效果。国外学者（Saliba and Gardner （2013）[1]，Yuan et al. （2014）[2]，Sun and Zhao （2019）[3]）对不锈钢焊接工字型截面受压构件已进行了大量试验研究，本文将基于试验研究，利用有限元软件ABAQUS，建立不锈钢焊接工字型截面短柱的有限元模型。

    1?有限元模型建立

    本文采用四节点曲壳单元S4R进行建模，壳单元的宽度等于板厚t。在弹塑性材性建模中，试验得到的不锈钢名义应变与名义应力曲线，按式（1）和式（2）（Saliba and Gardner （2013）[1]）转换成塑性应变与真实应力曲线，输入到ABAQUS中并赋予模型，其中σnom为名义应力，εnom为名义应力，σtrue为真实应力，εlnpl为塑性应变，E为不锈钢的弹性模量。

    焊接工字型截面含有较大的残余应力，因此通过施加预应力的方法将残余应力添加到不锈钢焊接工字型截面短柱的有限元模型中。工字型截面短柱的每个端面都耦合于一个参考点，底部参考点完全约束无平动和转动自由度，顶部参考点则只能沿轴向平动，以此来实现两端固定轴向加载的边界条件。初始几何缺陷在建模中充分考虑。模型通过特征值屈曲分析产生不同的局部失稳模态，第一阶局部失稳模态被作为初始几何缺陷被赋予模型，初始几何缺陷幅值为t/100（即初始缺陷因子为t/100）。

    2?有限元模型分析

    图1展示了所建立的不锈钢焊接工字型截面短柱有限元模型。有限元模型通过非线性静态Riks分析，可以得到模型的破坏形态，最大荷载以及荷载-承载力曲线。图2展示了截面为I-100×100×5的不锈钢焊接工字型截面短柱有限元模型的破坏模态。

    3?结?语

    本文基于有限元分析软件ABAQUS，对不锈钢焊接工字型截面短柱试验进行有限元建模与分析。建模的步骤和方法以及最终建立的不锈钢焊接工字型截面短柱有限元模型在文中详细给出，有限元模型通过非线性静态Riks分析，得到一系列有限元结果，从而证明其可以模拟不锈钢焊接工字型截面短柱试验。

    参考文献：

    [1]SALIBA N， GARDNER L. Cross-section stability of lean duplex stainless steel welded I-sections[J].Journal of Constructional Steel Research，2013，（80）：1-14.

    [2]YUAN H， WANG Y， SHI Y， GARDNER L. Stub column tests on stainless steel built-up sections[J].Thin-Walled Structures，2014，（83）：103-114.

    [3]SUN Y， ZHAO O. Material response and local stability of high-chromium stainless steelwelded I-sections[J].Engineering Structures，2019，（178）：212-226.