基于ABAQUS的C型金属阻尼器仿真设计.doc

基于ABAQUS的C型金属阻尼器仿真设计
陶文兵 沈景凤 王正东 田顺 摘 要:针对目前C型金属阻尼器在阻尼单元尺寸结构设计方面存在尺寸参数过少,结构过于简单和实际应用中的效果误差太大等问题。应用分类和系统设计方法,基于参数模则,即在一定的变形条件下,当受力物体内一点的等效应力达到某一定值时,该点就开始进入塑性状态。
单元类型及网格划分
在C型金属阻尼器的实际设计结构中,螺栓起连接耗能单元和支座的作用,将阻尼单元两端孔分别固定在上下底板上。在模拟分析中可以对模型进行简化,如图1(a)所示,将两螺栓孔用螺栓固定住。另外,螺栓孔也可忽略,用Tie约束来表示螺栓连接的作用。最终阻尼单元的简化几何模型如图1(b)所示,网格划分采用实体单元二次六面体减缩积分单元C3D20R。
仿真过程
以15°初始角为例进行仿真分析,拉伸过程分为弹性和塑形形变,弹性阶段从100kN到175kN,每隔25kN仿真一次得到四个应力应变图,而200kN到设计应力250kN及以上包含了弹性形变与塑形形变,以每隔50kN仿真一次得到四个应力应变图。
(1)弹性阶段
100kN到175的应变是等差值变化的,所以此阶段为弹性变形阶段。 (2)弹塑性过渡阶段
200kN的值与100kN—175kN每小段变化值基本相同,在250kN时,红色部分已经基本涵盖了整个表面,且应变的变化幅度较前面大。
(3)塑性阶段
300kN时,阻尼单元已经趋于完美应变状态,350kN后红色部分在中性层左右交叉,表明阻尼单元已经破坏。
阻尼单元的工作状态中不仅仅存在拉伸过程,也有压缩过程,弹性阶段应力应变基本一致,塑性阶段仿真加载力从200kN到350kN,得到应力应变图。
15°初始角阻尼单元仿真压缩在200kN、250kN、300kN的时候的位移与拉伸时候的基本一致,误差在10%以内,而在350kN的时候,,,基本判定为失效。在拉伸力为300kN时的应力为459MPa,小于材料的极限强度490MPa≤抗拉强度≤620MPa,满足材料强度要求,因此可以用拉伸100kN—300kN作为本次仿真的受力范围。拉伸应力应变,如表2所示。
3 仿真分析(Simulation analysis)
将有效应力与应变位移以坐标图6的形式呈现可以发现,三种不同初始角度设计出来的阻尼单元在拉力变大的情况下,应变趋势基本相同,差距比较小。
将图6(d)转变为图7应变—载荷图,可以明显发现在200kN以前是应力按比例随着位移的增加而增加;200kN到250kN是彈性阶段到塑性阶段过度的阶段,里面包含着部分弹性阶段和部分塑形阶段;250kN以后为全塑形阶段,因此位移增加很大一段,应力才小幅度增加。
在受到应力相同情况下时候,位移按照初始角15°、20°、25°的设定下由大到小变化,这说明了在设计地震力要求一定时,15°初始角制成的金属阻尼单元有更好的延伸性,而25°初始角制成的金属阻尼单元的进入耗能状态最快,三者中最先达到设计强度要求。
由于设计阻尼单元尺寸时候,三者的尺寸不一样,15°、20°、30°初始