单向非均匀受压开孔板屈曲承载力分析.pdf

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1、林栋梁等:单向非均匀受压开孔板屈曲承载力分析51单向非均匀受压开孑L板屈曲承载力分析林栋梁,余绍锋(同济大学土木工程学院建筑工程系.上海200092)【摘要】以无孔板件的屈曲理论为基础,应用ANSYS有限元软件对开单排圆孔板件在单向非均匀受压情况下的屈曲性能进行了分析研究。依次探讨了板的长宽比、宽厚比、孔径、孔洞位置及边界条件等因素对开孔板屈曲承载力的影响。最后根据数值分析的结果,给出了在板件上设置孔洞的一些建议。【关键词】非均匀受压;开孔板;圆孔;屈曲承载力【中图分类号】TU312【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)12—0051—03冷弯薄壁型钢采用薄钢板冷轧而成

2、,具有强度:2.06×10MPa,泊松比=0.3,屈服强度=高、质量轻、施工简便等优点,在工程中得到广泛应235MPa。本文采用映射网络划分方式,选用三角形单用,如仓储设备、货架结构、轻钢结构等⋯。为了满足元,网格划分结果如图2所示。构件连接、检测、维护等方面的需求,往往需要在板件上冲出单个、多个或几排的孔洞,由此形成开孑L薄钢板。作为开孔构件的基本单元,开孑L板件的屈曲性能y对开孔构件的屈曲性能有着重要的影响。文献指出,板件的刚度对构件的屈曲性能有很大的影响。而图1开孔板参数示意图由于孔洞的存在,板件的刚度和承载力必然都降低。文献运用ANSYS有限元软件对具有不同开孔形式的板件进行了分析

3、,探讨了孔洞与板件承载力之间的关系,并给出了开孔板件承载力的降低函数。对于无孔板,由经典弹性理论可知,屈曲承载力取决于板件的宽厚比和边界条件J。而对于开孔板,图2网格划分图孔洞的周围会出现应力集中现象,而且孔洞会切断2有限元参数分析板件内薄膜拉力场,导致开孔板的截面刚度和应力分在上述有限元模型分析的基础上,依次考虑a/b、布较无孔板更为复杂。影响开孔板件屈曲性能的因b/t、d/b、s/b、x/b、e/b及边界条件对板件屈曲承载力素很多,如应力比、板件的长宽比、宽厚比、孔径、孔间P的影响。根据ANSYS特征值屈曲分析,可以方便地距、孔端距和孑L的偏心距等。下面将具体讨论上述几得出P与这些开孑

4、L参数之间的关系曲线。个参数对开孔板件屈曲性能的影响。2.1长宽比a/b对屈曲承载力的影响1有限元模型的建立在假定宽厚比b/t=50、开孑L率d/b=0.5、孑L间距为了研究开孔板件在单向非均匀受压状况下的s=b、孔端距=0.5b、偏心距e=0这几个参数不变屈曲性能,本文将利用大型通用有限元分析软件AN—的基础上,改变a/b的大小,得出屈曲承载力P与a/bSYS建立如下所述的力学模型。首先研究四边简支板件的屈曲,开孔板模型的各的关系曲线如图3所示。从图3中可以看出,在其它因参数如图1所示,其中板厚t=0.002m,在板两端的短素一定的情况下,当板件的长宽比大于3时,屈曲承载边施加单向线分布

5、荷载P。根据弹性理论,板的屈曲承力基本不发生变化,当板件的长宽比不大于3时,屈曲载力P=kcrD/b,k为板的屈曲系数,D为板单位宽承载力有所变化,但变化幅度不大,在5%之内。2.2宽厚比b/t对屈曲承载力的影响度的抗弯刚度。为应力比,取一1、一0.5、0,0.5、1令长宽比a/b=5、开孑L率d/b=0.5、孔间距5=五种情况川。为方便研究,本文称=一1、一0.5时荷6、孑L端距=1.5b、偏心距e:0,选取宽厚比的变化范载P以受弯为主,=0、0.5、1时荷载尸以受压为主。围为50~120,得出屈曲承载力P与b/t的关系曲线本文采用shelll81单元进行模拟,选取的材料为如图4所示。在

6、其它因素一定的情况下,板件的宽厚比理想弹塑性材料,不考虑钢材的应变硬化,弹性模量E52低温建筑技术2012年第12期(总第174期)越大,屈曲承载力越小。同时,板的线分布荷载P越不均匀,其屈曲承载力变化幅度越大。1,,/———一’一。-_l1+Ⅱ=一0.5251.一一.—._-.—._一.—.一_.—.__.加:2m50].::El·201j-—·——--—·卜—H_-1Zl151-一..._·····...-

7、-l=#;≈10]r一.r-—__r.'—t—-'广_▲0l2345J高:=::=;s/b。-.一口=一I+口=一0.5+a=O.哼.-a=O.5·la=l,a/b图6屈曲承载力与

8、孑L问距s的相关曲线-t--a=-1-II-a=-O.5+a=Oa=O.5÷_a=l取开孔数为3、宽厚比b/t=50、开孔率d/b=图3屈曲承载力与长宽比。届的相关曲线0.3、孔端距:1.5b、偏心距e=0,选取板件孔间距的变化范围为0.5b~36,得出屈曲承载力P与s/b的关系曲线如图6所示。不论板件的线分布荷载P以受弯为主或者以受压为主,当孔间距不:于一倍板宽时,巨●开孔域与非开孔域内的板件刚度相差过大,屈曲承载力有

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