专注于仿真分析和振动分析
00 导读
在钢结构设计规范中,同一牌号钢材的抗拉和抗剪遵循不一样的强度值。但在材料力学的第四强度准则中,并不区分工况是抗拉还是抗剪。本文通过仿真分析表明,材料力学的第四强度准则也适用于钢结构强度的评估。
01 研究背景
钢结构设计规范《GB50017》的4.4.1如下图所示,可以看到Q235的抗剪强度设计值为125MPa,远低于抗拉压弯的强度。

02 几何模型
几何模型如下图所示。

03 材料模型
本文使用到的所有材料参数如下。
线弹性。

04 网格划分
网格如下图所示。

05 边界条件
左端面固定约束,右端面均布剪力。

06 仿真分析
设材料的抗拉强度为215MPa,抗剪强度为125MPa,第四强度许用应力为215MPa。
短柱内一点的三个方向的拉压应力如下图示,很小,由此可见该位置主要抗剪。



该位置的剪应力如下图所示,超过抗剪强度。

该位置的等效应力如下图所示,超过许用应力。

综上可得,材料力学的第四强度准则也适用于钢结构强度的评估。
接下来再详细研究下该位置的主应力。
第一主应力

第二主应力

第三主应力

从三个主应力大小来看,可认为该位置是一个二向应力状态。二向应力状态的屈服面如下图所示。因为该位置的第一主应力和第三主应力的绝对值接近,所以可认为该位置的应力状态为红色箭头位置。

主应力方向如下图所示。

来源:华仿CAE