焊接圆钢管有限元模型验证

（1）有限元模型建立

在进行有限元模型验证时，模型的几何尺寸（柱高、柱内外径、厚度等）均按照每个试件的实测结果进行赋值，其中柱高采用试件铰接长度L，详见表3-33 和表3-34。

采用 ANSYS 软件中的梁单元 BEAM188 建立有限元模型，如图3-84 所示。该单元为三维2 节点有限应变梁单元，每个节点有6 到7 个自由度，包括沿X、Y、Z方向的平动位移、绕X、Y、Z轴的转动位移以及翘曲自由度（可选），适用于线性、大转动及非线性大应变等分析。BEAM188 单元可以通过 SECTYPE、SECDATA、SECOFFSET、SECWRITE 和 SECREAD 等命令定义截面类型。有限元模型的网格划分如图3-85 所示（单元形状开关

打开），将圆钢管环向划分为40 等份，纵向划分 50 等份（L<4000mm）或 100="" l="">4000mm)。

有限元模型中材料本构关系采用多线性等向强化模型，如图1-33 （a） 所示。材料属性均取标准材性试验的实测值（详见表 3-42）。

有限元模型的求解过程详见 3.1.3 节，其是通过建立理想直杆模型并施加初始缺陷进行非线性求解得到稳定承载力。将实测几何初始缺陷（表3-37 和表 3-38）按照一阶模态（如图3-86 所示）对模型的节点坐标进行更新;将2.4 节基于实测数据提出的残余应力分布模型，如图2-75（a）所示，作为初始应力输入模型中，图3-87 所示为有限元中残余应力输入结果。

从表3-43 可以看出，试件稳定承载力的有限元计算结果与试验结果平均相差-4%，标准差为0.0598。值得注意的是，镀锌试件 D420-60-4、5、6 的有限元计算结果与试验结果偏差略大（有限元计算结果为试验结果的0.83 倍），主要原因是这3 个试件没有对应的镀锌标准材性试件，在进行有限元模拟计算时，材料本构模型的参数采用试件 D420-40-4、 5、6 对应材性试件的试验数据，可能与材料的真实材性有误差。

总体而言，本节建立的有限元模型能够准确分析计算 Q420 高强度焊接圆钢管轴心受压构件的稳定承载力，并且能够准确模拟几何初始缺陷和残余应力对构件整体稳定受力性能的影响，可用于进一步的参数分析。