[发明专利]一种复杂形式残余应力的数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种复杂形式残余应力的数值模拟方法，包括以下步骤：步骤A：建立钢构件有限元模型，对构件进行单元划分；步骤B：提取每个单元的单元编号，和单元所属的节点编号、坐标；步骤C：对步骤B获得的节点坐标进行处理，计算每个单元在钢构件残余应力数学模型中对应的残余应力，并按残余应力值对每个单元进行分组；步骤D：将步骤C得到的残余应力引入到钢构件有限元模型中，得到含有残余应力的有限元模型。本发明能够有效地解决现阶段将钢构件的复杂形式残余应力引入有限元模型的困难，使得模型更加接近真实的受力状态，从而能够建立精细化的分析模型分析钢构件的极限承载力、疲劳性能以及稳定性能。

技术领域

本发明涉及土木工程数值模拟方法，特别涉及一种复杂形式残余应力的数值模拟方法。

背景技术

在钢结构研究领域，对钢结构构件的数值模拟和有限元分析是一个十分重要的研究手段，因此如何准确地模拟出钢构件的真实受力状态是一个至关重要的问题。其中，残余应力对于构件极限承载力，疲劳性能和稳定性能有很大的影响。目前在有限元软件中输入残余应力的主要方法是界面选取(GUI)操作或者直接按单元输入，由于操作方法比较复杂，在数值分析模型中所引入的残余应力形式比较简单。随着研究学者们针对钢构件残余应力研究的深入，总结得到的残余应力的数学模型越来越复杂，使用界面选取(GUI)操作或者直接按单元输入法引入残余应力也愈发困难，因此需要得到一种高效并且有效的方式将各种构件的残余应力引入到有限元分析和数值模拟的相关模型中。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前钢构件数值模拟过程中关于残余应力引入方面的不便而提供一种复杂形式残余应力的数值模拟方法，利用本方法能够有效地解决现阶段将钢构件的复杂形式残余应力引入三维实体单元有限元模型的困难，使得模型更加接近真实的受力状态，从而能够建立精细化的分析模型分析钢构件的极限承载力、疲劳性能以及稳定性能。

本发明所采用的技术方案是：一种复杂形式残余应力的数值模拟方法，包括以下步骤：

步骤A：建立钢构件有限元模型，对构件进行单元划分；

步骤B：提取每个单元的单元编号，和单元所属的节点编号、坐标；

步骤C：对步骤B获得的节点坐标进行处理，计算每个单元在钢构件残余应力数学模型中对应的残余应力，并按残余应力值对每个单元进行分组；

步骤D：将步骤C得到的残余应力引入到钢构件有限元模型中，得到含有残余应力的有限元模型。

其中，步骤A中，采用ABAQUS软件建立钢构件有限元模型，构件单元划分情况包括：直板处沿形成构件的板件宽度方向划分有若干单元，沿壁厚方向划分有若干层，沿构件长度方向也划分为若干层。

其中，步骤B具体过程为：利用循环依次首先读取ABAQUS建立的钢构件有限元模型的INP文件中节点信息文本，得到包含各个节点编号及各个节点对应坐标的节点信息矩阵，然后读取INP文件中的单元建立文本，得到包含各个单元编号及各个单元对应的组成节点编号的单元信息矩阵。

其中，步骤C具体过程为：

步骤C1：在MATLAB软件中通过循环由单元信息矩阵读取每个单元的节点编号，再由节点信息矩阵读取这些节点的坐标，最后代入钢构件残余应力数学模型进行处理，计算每个单元的从属节点在钢构件残余应力数学模型中对应的残余应力，获得每个单元每个节点的残余应力；

步骤C2：对同属于一个单元的每个节点的残余应力取平均值，得到该单元在钢构件残余应力数学模型中所对应的若干种平均残余应力；

步骤C3：将钢构件残余应力数学模型中得到的若干种平均残余应力进行叠加，得到每个单元在钢构件残余应力数学模型中对应的残余应力，形成包含单元编号和对应残余应力数值大小的残余应力信息矩阵；