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《基于ANSYSWorkbench均匀受压简支板加筋的优化布置.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、长江大学学报(自然科学版)2010年3月第7卷第1期:理工·96·JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)Mar.2010,Vol.7No.1:Sci&Eng基于ANSYSWorkbench均匀受压简支板加筋的优化布置董达善,魏红梅(上海海事大学物流工程学院,上海200135)[摘要]以箱型截面的受压翼缘板作为研究对象,将其简化为四边简支的加筋薄板,利用ANSYSWorkbench软件对四边简支板进行数值仿真,并利用其特有的专业优化模块DesignXplorer对
2、横隔板、纵加筋进行合理布局,为大型箱型梁上翼缘板加筋布置提供有效依据。[关键词]ANSYSWorkbench;加筋板;优化设计[中图分类号]TV34[文献标识码]A[文章编号]1673-1409(2010)01-N096-04箱型梁是现代重型装备采用较多的结构形式,由于装备的大型化,造成箱型梁的尺寸不断增大,导致箱型梁整体的重量和成本增加。为了减轻整体的重量、降低成本,需要使用薄板,但这又会导致屈曲失稳。为了解决屈曲失稳的问题,人们发明了薄板加筋技术。薄板加筋相当于在加筋处设置了约束边界,从而把板分
3、成一系列小的板,降低了长宽比,增加了抗屈曲的能力。然而在《钢结构规范》中并没有对加筋的布置作明确的说明。为此,笔者以起重机械金属结构箱型截面的受压翼缘板作为研究对象,将其简化为四边简支的加筋薄板,运用有限元分析及优化方法,对增强板的局部稳定性的加筋布置进行探讨,优化布置加筋以尽量提高板的临界载荷。1无加筋均匀受压四边简支板临界载荷的影响因素图1所示为无加筋均匀受压四边简支板,根据静[1]力法求解其临界载荷,设其长度为a,宽度为b,受到均匀压应力作用的四边简支板,其临界载荷为:222πDbaπD(σx
4、)cr=2m+=k2(1)btambbt式中,(σx)cr为简支板的临界应力,MPa;t为简支板的厚度,mm;a为简支板的长度,即为箱型梁横隔板的间距,m;b为简支板的宽度,即为翼缘板的宽度,m;D为图1无加筋均匀受压四边简支板图32[2]Etba板的抗曲刚度,D=2;k=m+12(1-μ)amb[3]为屈曲系数。由式(1)来看,无加筋均匀受压四边简支板的承载能力主要与简支板的长宽比和厚度有直接的关系。对于给定宽度的薄板,其长宽比的影响可以转化为分析长度a与临界载荷的关系。因此,以下分析中设b=6m
5、,直接分析长度和厚度对无加筋均匀受压四边简支板临界载荷的影响。1.1长度的影响由上述分析看,对于一块单纯的简支板,a代表其长度,b代表其宽度。对于整个箱梁来说,b则指翼缘板的宽度,a可以看作横隔板之间的距离,其大小关系着横隔板的设置,横向区隔的设置不但影响区隔内翼缘板的长宽比,还会对纵向筋提供支撑。横隔板的间距过小,造成材料的浪费,且焊接工艺复杂;横隔板间距过大,会降低其临界载荷,不能使母材得到充分的利用。[收稿日期]2009-11-25[作者简介]董达善(1956-),男,1982年大学毕业,博士
6、,教授,现主要从事大型起重机基础结构方面的研究工作。第7卷第1期:理工董达善等:基于ANSYSWorkbench均匀受压简支板加筋的优化布置·97·下面以宽度b=6m的箱型梁翼缘板为例,利用有限元分析长度(横隔板间距)与临界载荷之间的关系,并找出其最佳横隔板间距值。6设a∈(5m,12m),载荷因子为λ,均匀压力F0=1×10N,则失稳临界载荷F=λF0。考察λ与a的关系,利用ANSYSWorkbench的优化模块进行仿真,其结果如图2所示。图2临界载荷因子λ与边长a的关系图2显示在板厚度分别为8m
7、m、10mm时,边长a与临界载荷之间的关系。由图2可见,当厚度分别固定在t=8mm、10mm,宽度为6m,长度在8～9m时临界载荷达到最大。因此,下面的分析取a=9m。1.2厚度的影响由式(1)可知,均匀受压四边简支板的承载能力与其厚度相关,利用ANSYSWorkbench的优化模块得到两者的关系图,如图3所示。由图3可知,通过增加板厚可以无限制地提高板的临界载荷,但这会造成母材的严重浪费,不能充分发挥母材的价值,因此,在一般箱梁中板厚的使用厚[1]图3临界载荷因子λ与板厚t的关系度不超过30mm。
8、为了便于研究,简支板的厚度取为10mm。2无加筋的均匀受压四边简支板承载能力理论计算2.1临界载荷有限元求解用壳单元建立模型,四边简支约束,在两侧分别6加入F0=1×10N的载荷,进行静力仿真分析。再利用ANSYS失稳模块进行失稳仿真,其失稳模式如图4所示。由图4可知,在板失稳后产生2个纵向波、1个横向波,此时λ=0.12466,因而可以计算出其临界载荷F为:5F=λF0=1.2466×10N失稳应力(σx)cr有限元:F62(σx)cr有限元==2.078×10N/
