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點支式玻璃建筑能夠將玻璃和建筑的主體結構通過金屬連接件組合，共同承受外荷載作用。其建筑外觀豐富，通透美觀，發(fā)展勢頭迅速。
鋁合金作為一種新型的建筑材料，在點支式玻璃建筑等輕型結構中應用具有其獨特的優(yōu)勢。由于點支式玻璃建筑中常用的不銹鋼支承件存在自重較大、經(jīng)濟性不足的缺點，可以考慮采用鑄鋁支承件替代。已進行了相關試驗研究，但仍然需要進一步的深入分析。本研究對鑄鋁支承件進行了彈塑性有限元分析，以期為相關的設計提供參考。
鑄鋁支承件采用了兩種不同牌號的鑄鋁：ZL105 T1和ZL111 T6。分別從試件上切取3個材料試件進行單向拉伸試驗。
由于鋁合金為典型的非線性材料，有限元分析中采用簡化的本構關系—雙線性強化模型。本研究采用了幾種典型的支承件形式，按照形狀可以分為X形、I形、H形。
由于支承件形狀比較復雜和不規(guī)則，所以，先利用CAD進行三維實體建模，然后，導入ANSYS得到有限元模型。單元類型選用適合非線性分析的實體單元SOLID92，這種單元非常適用于不規(guī)則模型的單元網(wǎng)格劃分，且可以考慮大變形，具有處理塑性、蠕變、應力強化等問題的能力。
由于支承件的對稱性，僅取一肢進行建模。在不影響計算精度的前提下，單元尺寸取為6mm，在肢端和肢根部應力集中區(qū)域進行單元的一級細分。在考慮鋁合金的強度破壞時，假設鑄鋁為各向同性材料，采用V011 VI1SP、屈服準則，流動準則為關聯(lián)流動準則，分析考慮材料非線性和幾何非線性，設定鑄鋁的本構關系為雙線性隨動強化模型。
在各肢的對稱剖面上施加對稱面約束。各支承件的中部都要通過螺桿連接到支承結構上，因此，在支承件中部與螺桿的接觸面上施加固接約束。在各肢孔邊分級施加荷載。
進行雙非線性(材料非線性和幾何非線性)有限元分析，模擬支承件加載的整個過程，得到支承件Von Mises應力發(fā)展情況。由于ZL105 T1和ZL111 T6的Von Mises應力發(fā)展趨勢在很大程度上一致。
從應力狀態(tài)可以看出，在肢端荷載作用下，X形支承件最大Von Mises應力出現(xiàn)在離肢端0.27倍的肢長處，而H形支承件中間肢(I形支承件)和邊肢的最大Von Mises應力均出現(xiàn)在支承件肢根部。
支承件加載時其最不利測點處的有限元分析結果和相應的試驗值比較曲線，即荷載-軸向應變曲線。從圖中可以看出，鑄鋁支承件的有限元分析結果與試驗結果基本相符，驗證了有限元數(shù)值模擬的適用性和有限元模型的可靠性。
在彈性階段，有限元分析結果與試驗結果吻合良好。然而，當支承件屈服進入塑性階段后，試驗曲線與有限元分析曲線偏差較大。分析原因，可能有以下幾點：
(1)各測點處材料屈服后的塑性應變值較大，此時應變片測量準確性不足；
(2)因為各試件為砂型鑄造，難以保證各個試件的加工精度和質量完全一致；
(3)材料的本構關系采用簡化的雙線性強化模型，可能會使分析結果產(chǎn)生一定的偏差。
鑄鋁支承件的屈服荷載的有限元分析和試驗結果比較。其中，屈服荷載試驗值和有限元分析值非常相近，二者吻合良好，再次驗證了有限元模型的可靠性。
根據(jù)非線性有限元分析及ANSYS的時間歷程后處理，可以得到各支承件肢端荷載與加載點處位移的變化曲線關系。
鑄鋁支承件的荷載-位移曲線的變化趨勢非常明顯，在材料屈服之前，荷載與位移基本上呈線性變化，當材料達到屈服強度之后，曲線隨即出現(xiàn)非線性延伸，但并非理想的彈塑性曲線，這與鑄造鋁合金的材料非線性是相對應的。
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