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方钢管桁架静力性能的有限元分析

发布于:2016-05-29 18:14
有限元分析

      科技的进步与时代的发展使得桁架结构作为一种简明的受力结构而被广泛应用在建筑、桥梁、船舶、机械等工程领域,同时管结构由于其安全、经济、美观的性能也越来越多地被使用。管桁架结构集中了管和桁架的优点,在各国工程领域中受到了越来越多的青睐。中国在管节点方面开展了大量的研究工作,而在管桁架方面的研究工作还较少,本研究中使用有限元分析AppANSYS对方钢管桁架的受力、变形、破坏特点进行了分析。
      本研究的桁架尺寸见表,桁架形式及选用的杆件截面尺寸见图,施加荷载为节点荷载,跨中节点荷载为P,支座节点荷载为P/2。
      本研究中使用有限元分析AppANSYS中的4节点弹塑性壳单元Shell43来模拟桁架,同时考虑材料非线性和几何非线性。网格划分时,在节点部位较密,单元长度约为10 mm,杆件中部较粗,单元长度为20~30 mm,连接处采用粗细过渡,施加节点荷载于弦杆腹板上,支座约束为一端固定铰接和一端滑动铰接的线约束。求解采用基于弧长控制的牛顿-拉弗森方法。材料力学特性是:钢材为Q235型钢,材料的屈服强度为235 MPa,弹性模量为2.06×e5MPa,强化模量为2.06×e3MPa,泊松比为0.3。不计材料内部残余应力的影响,材料服从Mises屈服准则。
      桁架1A和桁架2A不考虑焊缝的影响,而桁架1B和桁架2B考虑焊缝的影响,采用Shell43单元来模拟焊缝,焊缝处腹杆的壁厚为腹杆实际壁厚上焊缝焊脚尺寸的有效值之和。
      本研究中选用桁架2A作为典型桁架进行研究,桁架尺寸及杆件截面尺寸参照表和图。该桁架为简支桁架,共将模型划分为33908个单元,且未考虑初始缺陷、节点焊缝及残余应力的影响。
      该桁架在节点荷载作用下,发生桁架平面内的弯曲变形。当施加的节点荷载P=23.03 kN(过极值点)时,桁架的变形见图,节点B、C、D、E的变形见图。
      由图可以看出,当该荷载作用下在节点处时,与压杆相交的弦杆翼缘表面凹陷,腹板表面凸出,与拉杆相交的弦杆翼缘表面凸出。该桁架中K型间隙节点主要发生弦杆表面的塑性屈服。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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