1 软件简介
FastCAE-Structure 是一款功能强大的工程结构仿真分析软件,软件采用高精度非线性分析方法,能够准确模拟结构在复杂荷载作用下的几何非线性变形、材料塑性发展及边界接触效应,特别适用于航空航天、土木工程、车辆工程及新能源等领域的应用,为各类工程结构的强度评估、稳定性分析及优化设计提供可靠的技术支撑,助力实现自主可控的工业仿真体系建设。
2 案例背景
工字型钢柱作为一种常见的结构构件,在建筑、桥梁和工业设施中承担着关键的承载作用。随着工程结构向大跨度、高层化和轻量化发展,钢柱的稳定性和承载效率要求日益提高。通过数值仿真的方法,可以模拟钢柱在压力作用下的屈曲行为、应力分布和塑性发展等复杂力学响应,从而预测其极限承载力和失效模式。本文以工字型钢柱为例,基于FastCAE-Structure软件对偏压作用下的钢柱进行非线性静力分析。
3 案例分析
本文对偏压作用下的工字型钢柱进行非线性静力分析,分析模型如下所示
分析模型
钢柱选用型号为20a(200×100×7×11.4)的热轧型钢工字型柱,钢柱长度为4m,强度等级为Q355,边界条件设定两端铰接。
(1)模型导入和装配
通过导入inp类型文件,生成工字型柱部件,并通过装配模块生成装配体。
导入和装配
(2)材料属性
本实例采用钢材为Q355钢,弹性模量取2.06×105MPa,泊松比定义为0.3,本构模型选用三折线模型。
本构模型
属性赋予
(3)分析步
创建静力通用分析步,分析步时间为1s,并打开非线性开关,初始增量步大小设置为0.1s。
分析步建立
(4)边界条件
工字型柱的边界条件设定为两端铰接,并在工字型柱的顶端耦合点施加沿z轴负方向大小为15mm的位移荷载,用来模拟工字型柱的偏压过程。
边界与荷载
(5)求解功能
本实例采用Calculix求解器进行计算,并实时监控求解过程。
求解计算
(6)后处理
通过应力云图动画可以看出,随着时间的增加,工字型柱逐渐发生弯曲,高应力区出现在弯曲区域和柱底的两侧翼缘处,动画清楚的展示了高应力区的发展过程。
应力云图
工字型钢柱荷载-竖向位移曲线在加载初期均呈线性关系,意味着此时试件处弹性工作阶段,当位移达到4 mm左右时,工字型柱的承载力达到最大值,并随着位移的持续增加,承载力开始逐步下降。
位移-承载力曲线
FastCAE-Structure计算得到模型的变形形态,生成各类场变量云图(如应力、应变、位移分布)等,并通过极值标注功能,快速定位关键危险区域,并可使用截面工具查看模型内部结果,为复杂结构的精细化分析提供有力支持。
后处理
(7)总结
FastCAE-Structure(通用结构分析软件),支持基于非线性有限元法的结构力学分析,该分析模块基于先进的结构力学数值计算方法,可实现从线性到非线性的各类结构力学计算,为建筑、桥梁、机械、航空航天等领域的结构分析问题提供解决方案。
从上述工字型柱偏压非线性仿真实例可以看出,FastCAE-Structure具备非线性分析能力,通过仿真分析,获得应力分布、变形形态、极限承载力等分析结果,可以帮助工程师准确评估结构性能,识别潜在的失稳风险,并为结构优化设计提供可靠依据。