體育中心世紀蓮體育場是為迎接廣東省第十六屆運動會而建造的。該體育場為圓形，屋蓋為張拉索膜結構，上壓環半徑為155 m，下壓環半徑為138 m。內部張拉環索半徑為62.5 m。上、下壓環高差20 m。整個體育場水平投影面積近63 000時。
      復雜的節點構造往往會引起復雜的應力分布，而對于同一類節點，這種應力分布的可能組合非常多。為了保證節點不至于在構件屈服之前失效，有必要對節點進行有限元分析，以了解節點區域各單元的應力和應變分布情況。本研究采用有限元分析軟件Strand 7對該節點進行了彈塑性有限元分析。
      在計算模型中，鋼管采用彈性殼單元，其彈性模量E=2.0Xe5 MPa，泊松比Y=0.3。鋼管中的混凝土為彈塑性本構關系，且采用Drucker-Prager破壞準則，其彈性模量E=1.6Xe4MPa，泊松比Y=0.2。由于支座的兩個水平受壓鋼管在荷載作用下承受很大的壓力，鋼管和混凝土之間產生相對滑移的可能性很小，故可以不考慮兩者之間的滑移。通過在端面設置耦合剛性面的方法來施加集中力和集中彎矩具有很大的便利性，可直接將總體計算模型中的內力轉移到節點模型上。在支座節點的底部設三個平動方向的固定約束。
      鋼管和節點板均采用彈性材料。由于混凝土材料受壓屈服強度遠大于受拉屈服強度，而且材料受剪時，顆粒會膨脹，常用的Von-Mises屈服準則不適用于這種材料。Drucker-P屈服準則(DP材料)可以表示材料不同的抗壓強度和抗拉強度，它的屈服強度隨著側限壓力(靜水壓力)的增加而相應增加。
      在Strand 7中，DP材料需要輸入兩個值：粘聚力c、內摩擦角。
      對于DP材料，其受壓屈服強度大于受拉屈服強度。
      上面的屈服準則實際是一種經過修正的Mises屈服準則，它考慮了靜水應力分量的影響，靜水應力(側限壓力)越高，則屈服強度越大。
      體單元的網格劃分采用四面體十節點的單元，面單元的網格劃分采用四節點的面單元網格劃分。下壓環模型中共有22494個節點，12555個體單元，911個殼單元；上壓環模型中共有14378個節點，5265個體單元，1661個殼單元。
      對于上、下壓環，在任何荷載組合下，整個截面均處在較大的壓應力作用下，節點的不平衡作用往往是由腹桿的彎矩和不對稱軸力引起的，所以對上、下壓環節點而言，考慮其腹桿的最大軸力和最大彎矩兩種情況，可以基本反映節點處復雜的應力分布情況。
      有限元的計算結果表明，在兩種不利荷載組合作用下，鋼管未達到其屈服強度，故前面假設鋼管為彈性材料是合理的。
      由DP材料的應力云圖可知，混凝土材料(DP)局部的最大拉應力為6tmaX-2.83 MPa，達到了屈服拉應力；;最大壓應力為6cmax -10.24 MPa，沒有達到屈服壓應力。
      下壓環中鋼管部位的最大應力為177.30 MPa，節點板的最大應力為199.06 MPa。
      上壓環中鋼管部位的最大應力為231.94 MPa，節點板的最大應力為354.08 MPa。
      可見，所有鋼管部分的最大應力均未達到材料的屈服應力。盡管節點板處的局部應力超過了鋼材的屈服強度，但主要原因是因為在節點板的銷孔附近施加了較大的集中力而產生的應力集中現象。通過下面的彈塑性接觸分析，可以對該應力集中現象進行說明。
      注意到鋼材實體單元的峰值應力出現在銷軸與節點板相交處，且超出了鋼材的設計強度。考慮到在總體計算模型中是通過施加節點集中力于該處來模擬銷軸的作用，計算應力集中現象較為嚴重，不能真實反映該局部的應力分布狀況。為了更為準確地反映銷軸附近的應力狀況，對其局部進行彈塑性接觸問題分析是十分必要的。
      共計3590 kN的作用力均布于中心的半圓上，方向為X方向。軸與孔之間以零接觸單元相連接。鋼材均為標準的彈塑性材料，不考慮材料強化。
      圖形黑色部位即為銷軸產生的塑性區。在接觸部位的很小區域內出現了塑性區，但絕大部分的材料仍在彈性范圍工作。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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