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蜂窝梁抗弯承载力的有限元分析

发布于:2016-06-19 18:21
有限元分析

      蜂窝梁是将宽翼缘的工字钢(或H型钢)按一定的折线或圆弧线切割后错位焊接而成的空腹梁。在蜂窝梁的空腹结构中,由上翼缘或下翼缘与部分腹板所组成的T形截面的等截面部分称为“桥”,蜂窝梁的实心结构称为“墩”,桥与墩连接的地方为“桥趾”。由于扩张后的截面高度较原工字钢有较大的增加,从而提高了梁的刚度和承载能力,既节省了钢材,又减轻了梁体本身的自重。同时,蜂窝梁制作简单,腹板的空洞既美观又便于穿设管线,因此蜂窝梁在工程实际应用中具有很大实用价值。
      近些年,我国科技人员对多边形孔蜂窝钢梁作了一些研究,并进行了推广应用,取得了很好的社会和经济效益。圆形孔蜂窝梁比多边形孔蜂窝梁更合理、更经济,承载力更高,该梁避免了多边形孔角部产生的应力集中,目前我国对圆形孔蜂窝梁的研究应用很少。为了进一步验证圆孔蜂窝梁的承载力高于六角孔蜂窝梁,笔者通过对两种截面形式的梁进行了有限元分析,并验证了圆形孔蜂窝梁要高于六角形孔蜂窝梁的极限承载力。
      应用有限元AppANSYS对钢构件进行分析可以达到较好的效果,根据国外一些有关试验资料与有限元理论分析的结果进行比较两者吻合较好,研究表明应用有限元分析具有可行性。因此,采用通用有限元AppANSYS建立了有限元分析模型,采用三维4节点SHELL181壳单元进行网格划分,孔洞周围用较小的单元细化。为突出孔洞构造对蜂窝梁受力性能的影响,建模时忽略了焊缝和焊接残余应力的影响,有限元模型考虑了几何非线性和材料的非线性,这是因为:①考虑几何非线性可以准确预测模型的大变形,也可以考虑开孔处腹板在有初始应力基础上的应力重分布,从而可以详细研究腹板开孔处上下T形截面两端4个塑性铰的形成及其开孔处承载力的影响,②考虑材料的非线性,可以充分考虑由于整体作用而引起的上下T形截面在轴力和剪力作用下,抗弯能力的充分发展。
      分析对象为跨度6 m的简支焊接工字钢梁,梁截面形状分别为圆孔和六角孔蜂窝梁。梁截面开孔率大小分别为30%、50%、70%、75%、80%共5种。
      圆孔蜂窝梁开孔率为圆孔直径与梁截面高度的比值,六角孔蜂窝梁开孔率为洞口上下边缘之间的距离(洞口高度)与梁的截面高度比值,梁构件选取焊接工字钢,其截面尺寸和特性。钢材采用常规Q235型钢,其应力应变关系中简化为理想弹塑性曲线,并采用MISES屈服准则,材料为各项同性,弹性模量取2.06×e5MPa,泊松比取0.3,屈服强度为230 MPa,加载方式采用沿梁跨度方向施加均布荷载。


                                                                                  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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