焊接球节点刚度的有限元分析方法及参数影响

本文主要探讨了焊接球节点在空间网格结构中的刚度特性及其对工程设计的重要性，通过使用结构通用程序SAP5进行有限元分析。研究者王星、董石麟和完海鹰针对焊接球节点的不同情况进行深入分析，特别关注了球径、壁厚和杆径等关键参数对节点刚度（包括轴力柔度系数和弯曲刚度系数）的影响。他们引入了正交设计的方法，通过对大量计算结果的回归分析，得出了一套基于这些参数的通用公式，这对于工程设计者来说，提供了一个实用的参考工具。 节点刚度在网架结构分析中通常被忽略，因为通常假设节点为铰接，杆件只承受轴向力。然而，实际上节点并非完全刚性或柔性，它对结构内力和稳定性的贡献不容忽视。文献显示，节点刚度对内力的影响可能达到5%，对挠度的影响甚至可以高达10%。节点的约束会显著提高网架的极限承载力，特别是在单层柱面网壳中，节点刚度的影响尤为重要，因为它直接影响到结构的内力分布和整体稳定性。例如，当节点弯曲刚度系数较低时，单层网壳的极限承载力可能会显著下降。 由于焊接球节点涉及的空间受力复杂性以及几何尺寸、材料特性、制造工艺和焊接质量等因素，传统的解析解方法往往难以准确预测其应力和变形行为。因此，有限元分析成为解决这一问题的有效手段。通过SAP5的数值模拟，研究人员能够获得更精确的节点刚度参数，这对于优化网架结构设计、确保结构安全性和经济性具有实际意义。 本文的成果不仅填补了理论研究与工程实践之间的空白，也为网架结构设计者提供了一种实用的工程工具，使得他们在考虑节点刚度影响时有了可靠的参数化公式，从而更好地评估和控制网架结构的性能。这项工作对于提升空间网格结构设计的精确性和可靠性具有重要的科学价值和实际应用价值。