FastCAE—Structure非线性静力分析实例介绍

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。