成功案例丨Altair 仿真助力 Cast Connex 设计复杂钢结构连接件，满足性能挑战

图片来源：Perkins&Will

行业：

建筑业、制造业

挑战：

需要设计两个钢连接部件，使其公差极小，在施工现场无需焊接或紧固件即可滑动组装在一起。装配时，两个连接铸件的垂直面之间需要留出很小的缝隙（约1.5毫米），以便装配，一旦屋面荷载施加，缝隙就会闭合。悬臂顶端产生的挠度和应力不能超过允许的极限。

Altair 解决方案：

使用 Altair^® HyperWorks^® 为上下铸件和装配建立了有限元分析模型，以预测由此产生的应力和位移。

优点：

确保复杂钢结构连接件满足性能挑战。

Cast Connex 是建筑和桥梁用铸钢连接件的建筑、设计和制造行业的领导者。其标准化和定制设计的钢连接件被广泛应用于各种具有挑战性的建筑项目中。在这些项目中，与传统制造的替代品相比，其创新的、经常暴露在外的钢连接件既提高了建筑美学，又改善了结构性能。

Cast Connex 需要为维多利亚大学的学生宿舍开发一种定制的钢结构连接件，以将屋顶荷载传递到由Glulam（胶合木）梁和柱构成的大型木结构的支撑柱上。创新的解决方案包括一个中心连接件，从该连接件上悬挑出四个钢臂，用于支撑屋顶并将荷载传递到大支撑柱上，从而创造出一个外露的树状连接件，有利于开放空间的美学设计。

他们面临的一个挑战是设计两个钢连接部件，使其公差极小，在施工现场无需焊接或紧固件即可滑动组装在一起。装配时，两个连接铸件的垂直面之间需要留出很小的缝隙（约1.5毫米），以便装配，一旦屋面荷载施加，缝隙就会闭合。悬臂顶端产生的挠度和应力不能超过允许的极限。

为了确保铸件能在现场顺利组装，屋顶荷载能有效地关闭滑动连接之间的间隙，Cast Connex 模拟了铸件和组装后的悬臂部分，以确认中央连接组件的挠度，悬臂顶端的最大挠度，以及组装后钢连接件的整体强度和稳定性。

使用Altair^® HyperWorks^®为上下铸件和装配建立了有限元分析模型，以预测由此产生的应力和位移。所有部件都使用Altair^® HyperMesh^®中的一阶四面体单元进行网格划分；固定接触类型用于模拟焊接建模，两个连接臂之间使用仅压缩有效接触（允许分离）。Altair^® OptiStruct^®用于模拟二阶单元、非线性材料、准静态分析。

OptiStruct 生成的ULS（极限状态）结果表明，分析中的所有部件都处于弹性变形阶段，主应力远低于材料的极限应力，表明铸件在ULS载荷下具有足够的强度。Cast Connex 设想顶部和底部组件滑动在一起，这样每个单元都可以平装运到现场，便于运输。利用铸钢部件模拟组件的相对运动，证实了这种创造性的方法在现场实施时会取得成功。

Altair（纳斯达克股票代码：ALTR）是计算科学和智能领域的全球领导者之一，在仿真、高性能计算 (HPC) 和人工智能等领域提供软件和云解决方案。Altair 能使跨越广泛行业的企业们在连接的世界中更高效地竞争，并创造更可持续的未来。

公司总部位于美国密歇根州，服务于13000多家全球企业，应用行业包括汽车、消费电子、航空航天、能源、机车车辆、造船、国防军工、金融、零售等。