09 抗剪强度低于抗拉强度的仿真研究

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。