[发明专利]一种焊接箱型截面钢节点多尺度有限元建模方法

权利要求书

1.一种焊接箱型截面钢节点多尺度有限元建模方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1、在ANSYS有限元软件中选取用于多尺度建模的单元类型组合；

S2、对焊接箱型截面钢节点进行初步几何建模；

S3、通过调整每根杆件方向点来确保杆件在空间结构中的方向正确；

S4、删除杆件相交处相互贯穿于杆件内部的多余部分，以符合各杆件间焊接截面的特性；

S5、对节点完整几何模型中各杆件1/3长度赋予实体单元属性，2/3长度赋予梁单元属性，并对不同单元类型进行粗糙网格，精细网格划分，得到节点多尺度有限元模型；

S6、对节点梁单元与实体单元相交处建立刚域连接，使梁单元与实体单元间变形一致，协同作用，得到完整的焊接箱型截面钢节点的多尺度有限元模型；

所述步骤S2中几何建模时，对于各杆件间存在交角使得各杆件相交处存在缝隙，相交面不能完全闭合的问题，采用填补体的方法使各杆件相交处完全闭合；

所述填补体的方法具体为：在沿线延伸建成体时，不要以各杆件的交点为终点，而是在距离该交点处前端预留出一段，使各杆件间不直接在交点处相交，即在生成体后预留出一段空白；取未相交的两杆件相对的两个矩形面的各四个端点，用生成体命令直接将两端相对的杆件的空白处填补，使杆件交点处很好的连接且无缝隙。

2.根据权利要求1所述的一种焊接箱型截面钢节点多尺度有限元建模方法，其特征在于：所述步骤S3中，通过杆件两端的坐标值和杆件截面转角的第三个点的坐标值来确保杆件的方向正确；或者，

通过杆件两端的坐标值和杆件与其它杆件的转角值来确保杆件的方向正确。

3.根据权利要求1所述的一种焊接箱型截面钢节点多尺度有限元建模方法，其特征在于：所述的焊接箱型之杆件几何体为十六面体。

4.根据权利要求3所述的一种焊接箱型截面钢节点多尺度有限元建模方法，其特征在于：所述步骤S5中，首先将原为一个十六面体的箱型杆件分成八个六面体建模，并对改进后的几何模型进行六面体网格划分。

5.根据权利要求4所述的一种焊接箱型截面钢节点多尺度有限元建模方法，其特征在于：对于杆件上产生与各杆件相交处公共的新面采用四面体网格划分。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种焊接箱型截面钢节点多尺度有限元建模方法，其特征在于：实体单元采用的自底向上的建模顺序，梁单元采用的是自顶向下的建模顺序；梁单元与实体单元的对接处，各单元间杆件转角方向一致，且实体单元的网格划分比梁单元网格划分精细。

7.根据权利要求1所述的一种焊接箱型截面钢节点多尺度有限元建模方法，其特征在于：所述的步骤S6中梁单元与实体单元之间需要建立连接，使两者共同作用，位移协调；具体采用约束方程法和MPC法来处理不同单元类型间的连接问题：

所述约束方程法用于规定单元的某个节点自由度与其他单元的某个或某些节点的自由度的关系，其关系式为：

式中，i为节点标号；N为节点数；C_k为系数；u_k为某一节点的自由度；

C₀为常数项；

所述MPC法即多点约束方程，通过内部生成多点的约束方程来实现不同单元间自由度不同的节点的连接，其关系式为：

式中，i≠k；u_i为主自由度；u_k为从自由度；C_i为权系数；C₀为常数项，i,k分别为主节点、从节点某个自由度的下标号。