钢结构梁柱节点是框架结构传力的关键部位，其抗震性能直接影响整体结构的安全性。在强震作用下，节点区域受力状态复杂，容易出现螺栓滑移、钢材屈服及局部屈曲等非线性行为。传统物理试验成本高、周期长，难以覆盖多样化的设计工况，而高精度数值仿真技术则能在设计阶段预测破坏模式、优化构造细节，有效提升结构延性与抗震安全储备。
为此，FastCAE团队基于FastCAE生态版底座，集成ACIS+MeshGems商业引擎与OCC+Gmsh开源引擎两套技术方案，开发了结构通用软件FastCAE-Structure。该软件能够灵活对接各类结构求解器，支持结构静力学、动力学等多种工程仿真分析，为钢结构抗震设计与韧性评估提供可靠的技术支撑。
下面结合钢结构梁柱节点案例，对该软件的操作流程进行详细介绍：
核心操作流程
1创建几何模型
切换几何模块后，可利用工具栏中的已有功能，通过拉伸、旋转、扫掠等方式进行模型的创建与切削，完成模型的创建。
图1 模型创建
也可通过点击菜单栏中的文件>导入>部件，导入梁柱节点几何文件，如下图 2所示。软件目前支持*sat，*stp等几何文件格式导入。
图2 模型导入
2材料属性
几何创建完成后，可切换到属性模块进行材料创建与赋予，点击工具箱中的创建材料功能进行材料定义（见图3），本算例采用的钢构件均为 Q355 钢，钢柱型号为40a，钢梁型号为25a，螺栓为 10.9 级 M20 摩擦型高强螺栓。
图3. 材料创建
请注意，软件本身不内置单位体系，所有计算均基于用户输入数值进行。因此，在建模过程中必须采用一致的单位体系，否则将导致计算结果失真。本算例采用 N-mm-MPa 单位体系。
本算例采用两种材料，相同的参数为：质量密度设置为7.85e-9 t/mm3；弹性模量为210000 MPa；泊松比0.3，具体见下图4所示。
图4 材料定义
钢材和螺栓的本构模型分别为三折线模型和三段式模型，两种材料关键塑性参数设置如下图5所示。
图5 塑性参数对比
材料创建完成后，可进行截面创建，分别创建钢材和螺栓两种材料截面，如下图6所示
图6 创建截面
将创建的截面指派给相应的部件，成功赋予属性后几何模型会显示绿色。如图7所示。
图7 创建截面
3装配
切换至装配模块，对各部件进行实例化与空间定位。通过平移、旋转、阵列等操作，将梁、柱、板及螺栓装配至正确位置，形成完整的梁柱节点模型。如图8所示，左为导入实例模型，右为装配完成后。
图8 模型装配
4分析步
切换至分析步模块，设置静力通用分析步，在基本信息界面定义时间长度，并打开非线性开关，见图9所示。
图9 分析步创建
增量参数设置最大增量步数为10000，初始增量步为0.1，其他参数设置见图10所示。
图10 增量参数设置
5相互作用
切换至相互作用模块，定义各部件之间的接触关系。首先创建相互作用属性，接触属性设置两种，一种为考虑摩擦系数，一种为硬接触，具体设置如下图11所示。
图11 创建相互作用属性
相互作用属性创建完成后可以定义接触，定义型钢与高强螺栓帽、钢柱与填板之间为摩擦接触，定义螺栓杆与螺栓孔之间的接触为硬接触，具体设置如下图12所示。
图12 定义面面接触
接触设置成功后进行约束定义，定义梁与填板之间的约束为绑定约束，在柱的两端和梁端分别创建一个RP点，并分别与各自端面进行耦合，便于后续边界与荷载的施加，具体设置如下图13所示。
图13 约束设置
6边界与荷载
切换至荷载模块，在耦合点上施加边界和约束条件，柱底限制 x、y、z 方向的位移，y、z 方向的转角；柱顶限制 x、y 方向的位移和 y、z 方向的转角，并在 z 反方向施加 1000kN 的轴向压力（轴压比为 0.3）；梁端限制 x 方向的位移和 y、z 方向的转角，并在梁端施加低周往复荷载。边界具体设置如下图14所示，荷载设置见图15所示。
图14 边界设置
图15 荷载设置
7网格划分
切换至网格模块，对模型进行离散化处理。首先设置单元类型，根据结构特点，对钢结构实体单元选择C3D8R单元类型，如图16所示。
图16 单元类型设置
指派网格控制属性，选择需要指定的部件，定义划分形状和划分技术，本算例选择采用扫掠的方式划分六面体网格，详细设置见图17所示。
图17 指派网格控制属性
设定网格划分尺寸，点击部件种子按钮进行全局尺寸控制，单击为边布种进行网格局部加密设置，详细设置窗口见下图18所示。
图18 网格布种窗口
此案例中设置梁柱部件的全局网格尺寸为8，填板全局网格尺寸为4，螺栓全局网格尺寸为2，螺栓孔处的局部尺寸为1，划分结果见图19所示。
图19 网格划分结果
8计算与后处理
全部设置完成后，点击文件>导出>模型导出inp模型文件，将文件导入ABAQUS进行计算，计算结束后将结果导回软件，用户可在后处理模块查看和分析仿真结果。
图20 梁柱后处理动画
演示视频
梁柱节点案例全流程
总结
本文阐述了基于 FastCAE—Structure 软件对钢结构梁柱节点进行抗震性能仿真的工作流程。此案例表明，FastCAE—Structure 结构通用前后处理软件，为工程师开展钢结构节点受力性能分析与结构优化提供了高效支撑，实现结构设计方案的虚拟迭代验证，有效降低试验成本与研发周期。
随着工程仿真技术与产业应用的不断发展，FastCAE—Structure 将在结构工程分析与数字化设计领域发挥更加重要的作用。我们诚邀有相关需求的企业与工程技术人员开展技术交流与合作，共同推动工程仿真技术在实际工程中的深入应用。
如有需要，欢迎有需要的学者咨询使用。
