资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共34页)
编号：13543219
类型：共享资源
大小：4.42MB
格式：ZIP
上传时间：2019-01-20
上传人：QQ14****9609
认证信息
个人认证
郭**（实名认证）
陕西
IP属地：陕西
50
积分
- 关 键 词：
-
基于
性能
机能
分析
货架
梁柱
节点
配置
设计
- 资源描述：
-
基于性能分析的货架梁柱节点配置设计,基于,性能,机能,分析,货架,梁柱,节点,配置,设计
- 内容简介：
-
基于性能分析的货架梁柱节点配置设计基于性能分析的货架梁柱节点配置设计摘要货架是现代物流、仓储行业的基本组成部分。横梁式货架作为货架中应用较为广泛的一种，其梁-柱节点的性能直接影响了横梁式货架的整体安全性能以及承载能力。鉴于梁-柱节点自身具有半刚性的性质，对其进行有限元分析后绘制M-曲线并且与实际值进行对比。可以发现，仿真中得到的曲线与已有数据的曲线基本吻合。本文通过对目前仓储行业中应用较为广泛的几种横梁式货架进行分析，主要采用半刚性测试技术的思想，对28组不同型号的梁柱节点进行有限元仿真分析。通过数据库进行记录，为配置生产提供可靠的数据决策。同时，为货架梁柱设计的配置设计提供参考。并通过实验获得的数据，开发梁柱节点的配置设计原型系统。这对提升货架的设计效率，实现货架大规模定制方案具有重要意义。本文的主要研究工作包括：（1） 运用配置化设计的思想，对梁柱节点进行了模块划分并研究了配置设计模型图。（2） 基于三维建模以及有限元仿真的思想，分析不同型号的梁柱节点的力学性能。将仿真得到数据与实验数据对比，验证了有限元分析法的可行性。得到多种不同型号梁柱节点的刚度值。（3） 通过有限元仿真得到的数据，开发梁柱节点配置设计原型系统。关键词：货架，梁柱节点，有限元分析，配置设计，Rack Configuration Design Based on Performance Analysis of Beam-column ConnectionsABSTRACTRacks are essential parts of modern logistics and warehousing industries. Pallet racks are widely used kind of racks，and the safety performance and load capacity of the pallet racks depending on the performance of the beam-column connections. In view of the fact that the beam - column has the properties of semi rigid，draw the M- curve after analysing by ANSYS，then campare it to the acture curve. It can be concluded that the experimental curve coincide with the existing data .This paper analyzes several kinds of pallet racks which are widely used in the storage industry at present，Mainly used Semi rigid Testing Technology，28 groups differernt types of beam-column connections are analysised by ANSYS.Recorded by the Access，it can provide reliable data for the manufacture.At the same time, it can also provide a reference for the configuration design of the beam-column connections. Then according to the data obtained from the experiment，develop the configuration design software.This has important significance for enhancing the design efficiency and making mass production a reality. This article made the following aspects of the research work: （1）Using the method of configuration design，module division for the beam-column connections and design the configuration design model diagram. （2）By the method of ANSYS，analysis of the mechanical properties of different types of beam-column connections.Compare the simulated data and experimental data ，verify the feasibility of the method by ANSYS.Get some stiffness values of different types of beam-column connections. Using data obtained from ANSYS,development of beam-column connections node configuration prototype system.Key words：Rack，beam-column connections ，ANSYS，Configuration design目录1.绪论11.1 引言11.2 研究背景21.3 梁柱节点设计与研究现状3 1.4论文主要内容52.货架梁柱配置设计模型研究62.1 横梁、立柱及挂片的种类72.2 配置设计技术原理82.3 货架定制生产与梁柱节点模块化82.4 梁柱节点配置设计模型92.5 本章小结103. 货架梁柱节点的力学性能分析113.1 梁柱节点的力学性能分析方法113.1.1 梁柱节点测试技术113.1.2 梁柱节点性能仿真133.2 梁柱节点有限元建模133.3 结果分析与讨论163.4 本章小结204.梁柱节点的配置设计原型系统开发214.1 软件系统架构与功能214.2 软件设计224.2.1 软件设计思路224.2.2软件具体开发过程234.3 软件应用244.4 本章小结255. 结论及展望265.1 研究工作总结265.2 工作展望27参考文献28致谢311 绪论1.1引言在当前社会，我国经济发展迅猛。与此势头一致的便是我国的物流行业发展前景良好。自动化立体仓库在仓储过程中，具有最基本的地位。它不仅储存性能良好，还能实现较高程度的自动化。因此，自动化立体仓库在很多行业都有着广泛的运用。而仓储货架则是其最重要的组成部分1。它不仅能有效的最大化储存空间，在货物的收纳存取方面都有极大的优势 2 3 。20 世纪60年代以来，为了适应现代工业高度自动化和大批量生产的需要，提高仓储密度及转运效率，降低仓储费用，各国相继建设和发展了高度自动化的立体仓库，普遍采用多层钢货架结构作为其储存系统。美国、澳大利亚、欧洲等国家和地区分别出版和发行了有关货架钢结构的设计规范4 5。这也导致我国的货架生产具有非常大的市场。但是，与这一现象不相符的是我国对于货架的研究仍然处于较低水平。虽然目前我国正在努力寻求在货架研究方面的突破，并编制了钢货架结构设计规范 (CECS 23 90) 6和钢结构设计规范(GB50017-2003)7，但是我国对于货架的设计、生产仍然主要依靠经验，导致我国生产货架在使用过程中事故多发，这完全与我国仓储物流行业迅速发展的势头相悖。目前我国所使用的货架大多以冷弯型钢构件作为基本材料。钢货架结构具有非常多的种类，按照结构和使用方法的不同可以大致分为三类。他们分别是组装式货架、整体式货架和库架合一式。其中组装式货架是指使用铆钉或者销子的机械方式进行固定进行梁柱之间的结合，并且组装式货架与周围建筑没有接触。它的优点就是可以拆装。整体式货架顾名思义是指横梁与立柱之间使用焊接或者螺栓连接，同时与建筑物不接触的一种货架。这种货架多是用于自动化、半自动化立体仓库中。库架合一式货架与建筑物不分离。它在储存货物的同时，还作为建筑物的承重结构。这种货架一般多见于自动化、半自动化立体仓库中。在这三种货架中，以组装式货架的使用最为广泛。因此测定组装式货架的力学性能并对之进行配置设计符合我国生产需要，且对完成货架的快速生产很有必要8。1.2研究背景作为货架中应用较为广泛的一种，横梁式货架的性能主要受到梁柱节点（见图1-1）影响9。梁柱节点主要指货架横梁与立柱的相互连接的节点。通过货架横梁立柱连接类型可以分为三类，分别是：焊接节点、螺栓节点和机械式联接节点10。梁柱节点在整个结构中，主要负责传递剪力以及弯矩。研究梁柱节点就是对横梁式货架性能的研究。当前工业生产中，对产品质量和耗材的要求越来越高，为了满足这种需求，要对货架梁柱节点进行配置设计，以求结构在满足一定强度和刚度的情况下，耗材降到最低，以此提高生产的效益。而了解梁柱节点的力学性能是对横梁式货架配置设计的基础。在实际操作中，梁柱节点的力学性能很难从理论上进行得出。这主要因为梁柱节点的连接方式不是单纯刚性连接，也不是铰链连接，而是介于两者之间的一种半刚性连接11 12 。这种连接使得货架具有良好的力学性能，使得货架具有一定的抗震能力且能很好的平衡外力。这种半刚性的连接方式使得梁柱节点具有非线性的特点13，提升了对梁柱节点力学性能进行理论推导的困难。因此在研究梁柱节点时，应先进行试验分析，依靠数据进行理论推导，从理论层面对试验数据进行验证14。目前我国对货架的研究还没有一个统一标准，国内罕有学者从事对货架力学性能配置设计的研究。目前的现状是，我国缺乏研究专门研究货架力学性能的设备，在货架的生产中大多数的生产标准也是参考欧美国家标准，这也使得我国缺少指导货架生产、设计的资料，同时缺少在生产时可以遵循的标准。现在很多货架生产公司在生产中往往仍是依靠经验来进行设计和生产，这导致我国的货架安全性能得不到保障。为了适应当前社会物流、仓储行业发展势头迅猛的现状，货架的安全性以及快速设计被越来越被重视。当前我国货架生产行业需要一套适合我国国情的货架力学性能测试体系来指导货架的设计、生产15。发展这样一套的前提是需要我国独立开发出一整套的货架梁柱节点力学性能分析试验装置，依靠本装置评估货架梁柱节点的力学性能。之后通过有限元对试验结果进行对比试验，依靠这种方法来简化试验。国外已有学者对货架的力学性能进行研究。但是这种研究目前仍然局限于力学性能，仍然缺乏对基于力学性能的配置分析。这样限制了货架的快速设计，也限制了货架的大规模定制生产。为了完成对货架基于性能的配置设计，实现货架的大规模定制生产。本文针对货架梁柱节点的力学性能和配置设计展开了研究。通过进行半刚性力学实验和有限元分析的方法，计算出梁柱节点的半刚性刚度值。最后通过分析数据完成了配置设计原型系统的开发。能的但是实际操作中，通过试验对货架梁柱进行弯曲试验耗费资源过多可以通过半刚性的有限元分析的方法对其进行分析。横梁卡槽立柱挂片图1-1 梁柱节点的结构组成1.3 梁柱节点研究现状吴月明8等人对梁柱节点的有限元仿真的可靠性进行了探究和验证，证明了有限元仿真的可靠性。但是本文主要是对可靠性进行了论述，尚未分析梁柱节点的配置设计。邓君宝16探究了冷弯型薄壁钢的力学性能，分析了其变形情况，并根据研究成果建立了钢构件在纯弯、非弯曲状态下的强度公式。陈树勋、李威龙17提出了一种实用的机械结构优化设计方法-ANSYS与导重准则结合法，这种方法同时发挥了有限元建模分析和结构优化理性准则法的优势，可以提高设计效率和质量。王拓18认为由弯薄壁型钢构件组成的货架正逐渐凭借其性价比高的特性逐渐占据了货架市场。但是由于在实际设计以及装配时为求方便，经常会在立柱的立面以及侧面开孔或者打出分布不均匀的孔洞。这些孔洞由于技术上的原因，往往无法满足一定的直线度的要求。且会影响立柱的刚度。给货架的装配和使用带来困难。Claudio Bernuzzi和 Carlo ACastiglion19分析了插拔式货架在往复载荷作用下的特点对收到单项载荷、往复载荷的梁柱节点进行了大量的分析，借此研究梁柱节点的刚度、强度，获得了梁柱节点的M-关系曲线，并得到结论：梁柱节点的配置设计对整个货架的性能具有非常大的影响。当前对梁柱节点的研究热点是通过对梁柱节点的性能分析，来找到一种方法使得在生产时可以对货架进行定制化大量生产满足不同企业在不同场合的需求。来获得效益以及性能的双重条件。目前，对于梁柱节点的配置及优化设计研究目前正在升温，机械产品的配置设计和模块化逐渐成为趋势。祁卓娅和张萌2021分别对机械产品的模块化和配置设计的思想提出了自己的简介。他们认为，机械产品的模块化以及配置设计是实现产品大规模定制的必要条件。MAbdel-Jaber、RGBeale和 MHRGodley2223等也对梁柱节点采取了半刚性力学测试。并且通过简化自己得到的数据，得到了理想的M-曲线。Andr Filiatraul24等分析了四组不同的货架梁柱连接的方式，验证了梁柱离散性的特点。Carlos Aguirre25研究了梁柱节点分别在静力和变力情况下的性能，得出了插拔式对梁柱节点的影响因素。综上所述，目前国外对货架半刚性结构研究较多。但对货架梁柱节点的配置设计仍需进一步研究。对于货架梁柱节点的配置研究，建立在对货架梁柱节点的模块化上面。而随着货架梁柱节点的半刚性有限元分析的验证，即可以通过试验研究梁柱节点的力学性能，这会使得梁柱节点的配置研究的难度减少。目前，对于梁柱的配置设计还处于起步阶段，国内外尚缺乏成熟的配置研究体系。随着互联网在各个行业的渗透，机械产品的生产也无法脱离大的环境。在对梁柱节点配置研究优化的基础上，开发配置优化原型系统也是研究的一个重要方向。1.4论文主要内容论文主要研究基于性能分析的货架梁柱节点配置方式。即通过模块化分，对大量的横梁式货架的梁柱节点进行性能分析，建立数据库研究梁柱的配置设计并且开发原型系统来满足货架实际生产中所需要的定制大批量生产。本文的主要研究内容及章节安排如下：本文共分为五章。第一章主要叙述了货架的结构特点以及在社会发展中的地位，同时阐述了其安全的重要性。并叙述了梁柱节点的稳定对货架安全性能的影响。参考国内外的货架梁柱节点方面的性能分析，提出了课题的研究意义。第二章介绍了梁柱节点的结构组成和配置技术的原理。并以此将配置技术延伸到货架梁柱节点的设计中来，划分梁柱节点模块，研究梁柱节点配置设计模型。第三章进行了梁柱节点的性能分析试验方法，并使用有限元仿真技术获得了多组梁柱组合的刚度。第五章主要介绍了梁柱节点配置原型系统的开发。本章从软件的架构、设计方案和软件应用进行了叙述。第五章对论文进行了总结并给出了对未来研究方向的展望。2 货架梁柱配置设计模型研究梁柱节点的模块化是实现配置设计的核心内容。本章基于模块划分原则，对梁柱节点进行了模块划分。最后针对货架梁柱的配置设计，研究了梁柱节点配置模型。2.1横梁、立柱及挂片的种类立柱在货架结构中，是主要的承重构件。它将横梁的负载传到基础部分。立柱的分类主要是根据壁厚以及立柱的开口宽度。其型号如90A-2.0立柱（图2-1）。在本型号中，90指的是开口宽度为90mm，2.0指立柱的厚度为2.0mm。(表2-1)表2-1 90A-2.0立柱参数表立柱名称截面长度（mm）厚度（mm）90A2.0902.0图2-1 90A-2.0立柱截面图横梁的分类主要是根据壁厚以及横梁的宽度。其型号如100横梁-1.5（图2-2）指的是横梁宽度为为100mm，1.5指横梁的壁厚1.5mm（表2-2）。表2-2 100横梁-1.5参数表横梁名称截面长度（mm）厚度（mm）100横梁1.51001.5图2-2 100横梁-1.5截面图 挂片的分类主要可以分为三爪和四爪，三爪和四爪分别表示了挂片在试验中配合有几个铆钉。图2-3为四爪挂片。图2-3 四爪挂片三维模型 2.2配置设计技术原理 。配置设计是基于模块化的思想能实现机械产品的大规模生产、定制化设计以及快速设计的一种技术。它是一种新兴的设计手段。一般来说可以将其理解为不同预先设定好参数的零件集在相互约束的情况下，满足不同客户对产品的需求配置设计技术不仅仅能帮助企业缩短产品的生产周期，提高生产设计效率还能帮助企业发展自身生产复杂产品的能力。而配置设计的根本便是对产品进行模块化。配置设计模块化的思想是将机械产品整个划分成为若干个易于设计、方便分析的模块。其主要目的是为了调和大批量生产以及定制生产两个看似矛盾的要求。根据一般的认知，定制化生产的机械产品是无法大批量生产的。但是机械产品的模块化却可以将这两个看似矛盾的要求统一。对机械产品进行模块化的配置设计思想，目前已经成为机械产品设计生产中的主流。也渐渐引导着现代工业的发展趋向。它的优点在于能帮助企业缩短产品的生产周期，提高生产设计效率还能帮助企业发展自身生产复杂产品的能力。2.3货架定制生产与梁柱节点模块化梁柱节点模块化设计是指根据用户提出的功能需求，设计出具有相同功能而具体参数不同的可以替换的功能模块的方法。然后根据不同模块组装后形成满足用户的需求的梁柱节点。这样的设计方法可以极大的提高货架的设计效率。模块划分是模块化设计的第一步。根据对梁柱节点的研究，可以通过功能模块划分原则对梁柱节点进行模块划分。这种模块划分方法是指通过分析货架梁柱节点的主要功能、子功能之间的关系，为梁柱节点的模块划分打下基础。根据这样的要求，在划分梁柱节点的模块时应满足以下条件：（1） 模块在功能以及结构方面必须是独立且完整的（2） 各个模块之间必须易于连接（3） 尽量减少模块之间的关联性（4） 模块划分程度不能太高基于以上原则，在实际进行操作时，将梁柱节点划分为三个模块。（1） 承重件：横梁；（2） 连接件：挂片；（3） 支撑件：立柱；正确的对梁柱节点进行模块划分后，大大提高了货架的设计效率。这也是货架实现定制化大规模生产的基础。一般来说，定制的产品在机械产品的生产中是很难进行大批量进行的。而梁柱节点的模块化可以很好的解决这个问题。因此模块化是货架可以快速设计、大批量定制生产的先决条件。 2.4 梁柱节点配置设计模型梁柱节点配置模型是通过当前计算机技术的辅助，对梁柱节点的配置设计过程中必须的功能以及结构进行约束和分析。可以说，梁柱节点配置设计模型就是对梁柱节点进行完整的并且系统的描述。对梁柱节点进行配置设计就必须建立梁柱节点的配置设计模型。它是系统研究梁柱节点配置设计的先决条件。同时，也是获得最终梁柱节点配置结果的主要依据。在梁柱节点的配置设计中，约束条件分别为需求载荷、梁柱厚度、横梁厚度等等。不同的参数可以满足不同的客户需求。详细配置模型见图2-4所示。 由于预测客户对货架的性能要求具有一定的困难性，因此为了实现快速设计需要建立货架梁柱节点的配置系统。配置系统是由配置软件组成。配置软件有三个单元，分别是配置模型、求解策略以及性能数据库。货架专业设计人员事先将三种单元输入配置软件中建立配置系统。当出现不同的客户配置要求，讲要求量化为参数输入配置系统中，经过分析可以很快的得出配置结果。 图2-4 梁柱节点配置模型图在配置模型中，配置要求是指对梁柱节点的具体要求，可以是用户对货架的参数要求或者功能要求。这样的要求可以表达为对目标刚度的要求、对货架参数的要求。求解策略是指根据客户的不同条件和需求对模型中的梁柱节点实例化，这是一个动态的过程。这里运用了一种基于相似实例的产品配置思想。这种思想是根据配置要求的相似实例匹配算法。从以往数据来匹配与所要求的目标性能最相近的实例。性能数据库是指已经成功配置并且应用于生产的梁柱节点的性能记录。在用户的个性化要求经过配置系统的设计后会给出配置结果。配置结果以具体的梁柱节点参数形式表达出来。2.5 本章小结本章介绍了试验中横梁立柱的种类，并叙述了配置设计思想。研究了梁柱节点的模块化与其大批量定制生产之间的关系。最后，通过设计梁柱节点的配置模型对梁柱节点的配置设计建立了基础。3 货架梁柱节点的力学性能分析 梁柱节点的性能对货架具有重要的影响。为了能准确表达出梁柱节点连接结构的特性，就必须通过货架的力学性能试验对梁柱节点进行合理、有效的试验分析。通过试验，可以得到大量的数据来研究梁柱节点的力学性能，可以通过计算梁柱节点的刚度值为接下来的梁柱节点配置设计打下良好的基础。3.1 基于性能试验的梁柱节点数值分析梁柱节点在梁柱之间主要传递剪力和弯矩，它在货架中起非常大的作用同时也连接了横梁与立柱。可以说，梁柱节点的安全性影响了货架的稳定与安全。在传统设计中，一般将横梁立柱的节点视为刚性连接。但是，材料在受力之后难免变形。因此应该将这种连接看作是半刚性的连接。因此，主要采用半刚性测试的思想，对梁柱进行有限元分析来分析货架梁柱节点的性能。3.1.1 梁柱节点测试技术为了直观的得到货架梁柱节点的刚度值，分析货架梁柱的性能，根据欧盟物流设备标准FEM 10.2.02托盘钢货架静力设计中的规定，一般情况下使用弯曲试验来测定梁柱节点的强度和刚度。（1）试验样件试验中使用的样件（图3-1）根据冷弯薄壁型钢结构技术规范26（GB 50018-2002）规定，用于承重结构的冷弯薄壁型钢的带钢或钢板的抗拉强度、伸长率、屈服强度、冷弯试验和硫、磷含量等应采用符合现行国家标准碳素结构钢27GB/T700规定的Q235 钢或低合金高强度结构钢GB/T 159128 规定的Q345 钢特性，货架钢结构一般采用Q235钢。其材料特性见表3-1。表3-1 材料特性表牌号抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）抗剪强度（MPa）伸长率（%）密度（g/cm3）Q235375500225120257.85而通过参考欧盟货架的设计标准，货架梁柱结构中，横梁的长度必须大于400mm，货架立柱的长度h应满足以下条件： （3.1）图 3-1 梁柱节点试验样件（2）试验过程 在开始弯曲测试时，一般先使用预期破坏应力的10%来预加载在横梁上，用来使得梁柱充分接触。之后撤去载荷，对试验中的各个仪器的指针全部清零。之后可以正式开始试验，在横梁上添加逐渐增大的正向载荷，控制向下的压力缸，直至在试验中所使用的挂片变形被破坏。本论文中，主要使用东华大学和上海精星仓储共同研发的梁柱节点测试平台测量数据（图3-2）。图3-2 梁柱节点试验图（3） 试验结论试验得出了梁柱半刚度试验值（见表3-3），可与有限元仿真值进行对比，验证有限元分析的准确性。通过试验还得出梁柱节点的失效情况有以下几种（图3.3）：（1）与挂片相互接触的立柱顶部或者少数底部的孔发生形变（图3-3a）；（2）位于顶部的锚钉发生了变形（图3-3b）；（3）横梁上部的挂片受力形变(图3-3c)； （a） （b） （c）图3-3 梁柱节点主要破坏形式表3-3 半刚性刚度试验值梁柱组合三爪结构刚度四爪结构刚度100A2.0100横梁1.560647673100A-2.0140横梁1.56517112583.1.2 梁柱节点性能仿真条件分析钢构架，采用有限元性能仿真是简单、有效的一种手段。可以使用ANSYS软件，对于梁柱节点的连接件采用弹塑性非线性的有限元方法进行分析。 对于试验中的梁柱均采用冷弯型薄壁型钢。其中，由于梁柱发生在受载荷失效变形时会产生一定的塑形形变，因此不能认为其弯曲承载力与横梁的转动能力呈线性关系。在分析时应采用非线性分析。在分析之前，还应该对整个结构做以下定义：（1） 所使用的材料为理想状态下的；（2） 宏观上的转动与微观的应变应提前假定；（3） 忽略材料的几何缺陷和残余应力；3.2 梁柱节点有限元建模（1） 单元选取。是否能对梁柱节点进行有限元分析取决于能否正确的选择合适的单元类型。因为是通过Solidworks软件对梁柱进行建模之后再使用ANSYS进行分析。因此在建模时需要采用ANSYS提供的实体单元Solid45。该单元能支持各种的线性和非线性分析，同时还能解决在塑形变形、大绕度和效应变的情况。（2） 节点处理。在以往的分析中，多假定梁柱充分接触并完全刚性的接触。这就表示在相互接触的两个节点之间的斜率是相同的，这在实际中是不可能存在的。在实际中，梁柱的连接不属于单纯刚性的连接抑或者是理性状态下的铰接，它其实是一种半刚性的连接。由于梁柱之间的接触为半刚性的连接，在梁柱节点的各个模块之间，都使用了三维接触单元。对目标单元采用Target170单元，对接触单元采用Contac174 单元。而立柱卡槽部分情况十分复杂，很难对其中的细节部分进行分析，因此可以将柱卡部分和卡槽固定。对三爪梁柱节点进行分析。因为梁柱节点间的接触为半刚性连接，因此对于节点之间的接触约束不能简单的采用绑定或者粘合。基于半刚性连接，给最下层的柱卡3添加X、Y、Z三个方向施加约束（见图3-4）。对1和2进行X、Y约束。同时，在做分析前的模型建立过程中，有意识的在连接处设置相同部位的不同节点。 耦合不同节点的UX、UY、UZ、ROTX、ROTZ五个自由度。然后在相同位置通过不同节点的生成弹簧阻尼单元COMBINE14来仿真梁柱的半刚性连接8 。图3-4 梁柱接触和约束条件（3） 立柱和横梁的材料属性见表3-4和表3-5.表3-4 梁柱材料属性表弹性模量(MPa)泊松比密度(kg/m3)屈服强度(MPa)1.781050.277800235 连接件的材料属性为：表3-5 连接件材料属性表弹性模量(MPa)泊松比密度(kg/m3)屈服强度(MPa)1.781050.277800275半刚性梁柱节点的转动刚度取：3.2107Nmm/rad。（4）模型导入、网格划分图3-5 网格划分在使用Solidworks软件完成建模，随之导入ANSYS。并使用ANSYS自带功能布尔操作体粘结功能，连接梁柱。使之模拟实际状态下的连续协调变形，来仿真梁柱焊接的情况。为了是仿真结果更加的准确，在划分网格的时候应该对有接触的部分划分的更加的细密。剪切应力如图3-.6所示.图3-6 最大剪切应力通过得到的M-曲线进行多项式拟合，得到图3-7。图3-7 M-曲线 (3-1)根据式（3-1）,可以推出式（3-2）29 ： （3-2）计算出各个组合的刚度值。见表3-63.3结果分析与讨论经过对多组的梁柱进行有限元分析并进行分析，得到以下刚度值。表3-6 不同类型梁柱节点刚度值立柱型号横梁型号挂片类型半刚性刚度值（Nmm/rad）M90A-2.0B100-1.5三爪3581M90A-2.0B140-1.5三爪3943M100A-2.0B100-1.5三爪5871M100A-2.0B140-1.5三爪6649M120A-2.0B100-1.5三爪6064M120A-2.0B140-1.5三爪6517 续表3-6M100A-2.5B100-1.5三爪6391M100A-2.5B140-1.5三爪6735M100A-3.0B100-1.5三爪7361M100A-3.0B140-1.5三爪7715M100C-2.5B100-1.5三爪6691M100C-2.5B140-1.5三爪7352M100C-3.0B100-1.5三爪7182M100C-3.0B140-1.5三爪7863M90A-2.0B100-1.5四爪4989M90A-2.0B140-1.5四爪9769M100A-2.0B100-1.5四爪7707M100A-2.0B140-1.5四爪10653M120A-2.0B100-1.5四爪8373M120A-2.0B140-1.5四爪11257M100A-2.5B100-1.5四爪9365M100A-2.5B140-1.5四爪13579M100A-3.0B100-1.5四爪10325M100A-3.0B140-1.5四爪15431M100C-2.5B100-1.5四爪9421M100C-2.5B140-1.5四爪13587M100C-3.0B100-1.5四爪9447M100C-3.0B140-1.5四爪13963取3-6表中M100A-2.0的数据与表3-3进行对比分析（见表3-7）表3.7 部分梁柱节点刚度试验值与仿真值对比梁柱节点组合刚度试验值（Nmm/rad）刚度仿真值（Nmm/rad）误差（%）100A2.0-100-横梁1.5-三爪60645871-1.34100A-2.0-140-横梁1.5-三爪65176649+5.16100A2.0-100-横梁1.5-四爪76737707+1.26续表3-7100A-2.0-140-横梁1.5-四爪1125810653-1.62通过对比可以看出，刚度的试验值和仿真值的误差均在10%以内，因此用有限元仿真的方法研究梁柱节点的力学性能具有一定理论支持。取立柱界面尺寸分别为90mm、100mm的梁柱节点配合型号分析其刚度（见表3-8）表3-8 部分 90mm、100mm、120mm立柱刚度立柱型号横梁型号挂片类型半刚性刚度值（Nmm/rad）M90A-2.0B100-1.5三爪3581M100A-2.0B100-1.5三爪5871M120A-2.0B100-1.5三爪6064M90A-2.0B100-1.5四爪4989M100A-2.0B100-1.5四爪7707M120A-2.0B100-1.5四爪8373通过上表对比得出图3-7，图中纵坐标为梁柱节点刚度，横坐标为挂片锚钉数目，柱形图的颜色代表了不同截面长度的立柱。得出结论：（1） 增加挂片锚钉数目也可以增加梁柱节点刚度值，四爪比三爪平均刚度提升36%。（2） 增加立柱横截面积可以增加梁柱节点刚度值。且从90mm立柱截面长增长到100mm时，刚度平均增长率为59%。从100mm增长到120mm平均提升了5.96%。这说明其他条件不变时，立柱截面尺寸在小于100mm时，增大其尺寸对梁柱节点的刚度提升效果最佳。图3-7 锚钉及立柱截面长度对梁柱节点刚度影响表取横梁宽度为部分100mm、140mm横梁刚度见表3-9分析其刚度表3-9 部分100mm、140mm横梁刚度值立柱型号横梁型号挂片类型半刚性刚度值（Nmm/rad）M90A-2.0B100-1.5三爪3581M90A-2.0B140-1.5三爪3943M100A-2.0B100-1.5三爪5871M100A-2.0B140-1.5三爪6649M120A-2.0B100-1.5三爪6064M120A-2.0B140-1.5三爪6517通过对比横梁型号可以得出图3-8，图中横坐标为不同界面长度的立柱，纵坐标为梁柱节点刚度值，柱形图颜色代表了不同截面长度的横梁，经分析可以得出结论：（1） 增加横梁界面长度可以增加梁柱节点刚度，其刚度平均增长率为10.2%图3-8 横梁截面长度对梁柱节点刚度影响表取不同立柱厚度，分析其刚度，见表3-10表3-10 不同柱壁厚度刚度值立柱型号横梁型号挂片类型半刚性刚度值（Nmm/rad）M100A-2.0B100-1.5三爪5871M100A-2.5B100-1.5三爪6391M100A-3.0B100-1.5三爪7361通过分析表内数据可以得出图3-9，横坐标表示立柱壁厚，通过柱高可以得出结论：（1） 增加柱壁厚度可以提升梁柱节点的刚度值。壁厚从2.0mm提升到2.5mm时，梁柱节点刚度增加8.85%，当从2.5mm增加到3.0mm时，刚度增加15.1%。图3-9 立柱壁厚梁柱节点刚度影响表综上所述，当立柱截面长度小于100mm时，增加截面长度对提升梁柱节点刚度最为优先，当截面长度大于100mm时，使用多锚钉挂片对提升梁柱节点刚度的帮助最大。3.4 本章小结通过对本章的研究，得到了多组梁柱节点刚度数据。并同时得到结论：提升梁柱节点的横梁和立柱的横截面积、增加立柱厚度以及增加挂片的铆钉数目都能增加结构刚度。4 梁柱节点配置设计原型系统开发21世纪是信息时代，互联网的迅猛繁荣使得企业必须与智能化、全球化靠近。随着企业的项目、业务数目增多，企业再也不能简单的依靠人力来统计或进行项目。因此必须将产品往互联网、自动化方向发展。 为了实现生产的自动化以及便捷性，也需要开发梁柱节点配置设计的原型系统。该系统必须具有自主合理的权限管理能力必须对用户不同需求合理分配。调用数据库资源时，必须实现安全快捷、用户体验好。系统要节约项目建设过程中用到的资源,成本也要降低。开发梁柱节点配置设计原型系统是本次论文的重中之重。实现梁柱节点的配置设计的目的，是要节省设计生产中的耗时耗材。而开发出设计原型系统则是达到这一目的的重要手段。4.1 软件系统架构与功能 梁柱节点配置设计原型系统架构共分为三层，分别是视图层、模型层、控制层如图4-1所示：刚度需求配置设计设计立柱约束挂片约束横梁约束视图层模型层层数据层层 人机交互界面 模型数据库、参数数据库图4-1 软件系统架构模型层用于储存相应的梁柱节点参数以及模型。视图层用以被用户进行要求设置，用户的要求被转入控制层经过各方面的约束查找数据库之后给出配置优化。在使用时，用户通过视图层来设置个性化需求。通过人机交互界面进入模型层。在模型层中，需要分析用户通过视图层传递进来的参数要求以及约束，分别是刚度需求、挂片约束、横梁约束、立柱约束，之后参考数据层中的模型数据库和参数数据库实例完成对比，之后返回到模型层进行配置设计，再返回到视图层，以具体参数的形式反馈到人机交互界面。 4.2 软件设计4.2.1 软件设计思路软件设计是指设计师从设计说明书或者实际需求出发，根据要求来确定软件所用的系统的架构、划分软件应用区域、确定每个功能之间的实现方法以及对实现各个功能的代码进行编写并且形成实际可操作的软件。按照传统行业中对于软件设计的阶段进行分类，大致可分为以下几个阶段：（1）架构设计：主要是定义了软件的各个主要模块之间的联系（2）端口设计：人机或者机器与机器之间的交互方式（3）全局数据架构设计：将所有的试验实例转化为计算机语言（4）过程设计：将软件自身语言转化为软件（5）详细设计：主要从需求的方面向设计方提出要求并分析出结果，设计出用户体验度高的软件基于以上阶段，本次软件的设计也主要架构设计、端口设计、全局数据架构设计方面完成着手。以下为原型软件主要的操作界面。软件的开发所使用的平台是易语言平台。设计主要功能是根据数据分析后得出最满足客户需求的梁柱节点配合。实现梁柱节点的大批量定制生产。以此提高企业的生产效率，满足客户需求。（1） 软件设计的目标：实现梁柱节点的配置设计（2） 软件内容：检索数据库，配置出符合要求的梁柱节点类型供用户参考 （3） 主要系统参数：梁柱的截面长度和厚度、挂片类型、最大载荷软件的主要设计目的是为了对梁柱节点的快速设计以及大规模批量生产进行优化。考虑到软件的受众为企业中的实际操作者，操作系统必须适用于各个知识阶层操作，人机交互性良好，操作便捷。4.2.2 软件具体开发过程（1） 建立数据库。使用Access数据库将试验数据进行录入。数据参数有梁柱类型、立柱截面长度、横梁截面长度、立柱壁厚、挂片锚钉数以及刚度值。（2） 连接数据库。易语言软件开发平台自带连接数据库功能。使用此功能，将各个参数与数据库相互连接。（3） 编写配置代码。软件开发基于以下规则：编辑框输入要求参数。若编辑框为空，则跳过本参数要求；若编辑框输入内容为数据库内参数，则显示结果，否则不显示。其中要求刚度值属于必填项，否则报错。软件详细截面如图4-2所示。图4.2 软件主要操作界面如图4.3应用案例分析操作页面共有五个编辑框。可以分别在立柱截面长度、立柱厚度、横梁长度（横梁截面长度）、挂片种类以及要求刚度值中的文本框中键入要求（可分别键入多个或者单个要求，目标刚度值属于必须输入的一项）。然后，单击查找按钮，系统便会自动调用数据库来匹配出符合要求的梁柱节点参数，来实现配置优化的目的。需要值得注意的是，匹配出的方案数目并不唯一。 （1）算例分析 1本论文以某客户需要建立立体化仓库为例进行分析。仓库内货架现需要达到刚度值7000，立柱截面长度100mm，立柱壁厚2.5mm。用户需要知道使用怎样的货架能满足这样的需求。首先打开配置原型系统，在左边的编辑框内输入刚度值、立柱截面长度、立柱壁厚，见图4-3。图4-3 算例1参数输入界面点击查找，后出现配置出的方案见图4-4。 图4-4 算例1配置方案界面（2） 算例分析2 算例以某客户要求参数如下：需求刚度值10000，立柱截面长度120mm，四爪挂片。用户需要知道使用怎样的货架能满足这样的需求。首先打开配置原型系统，在左边的编辑框内输入刚度值、立柱截面长度、立柱壁厚，见图4-5。图4-5 算例2参数输入界面点击查找后，出现配置结果（图4-6）。图4-6算例2 配置方案界面通过配置出的方案可以得出结论：原型系统已经具备使用的基本功能。4.4本章小结在论文以上几章对梁柱节点已有的性能分析的基础上，本章通过数据库以及易语言的功能并且分析了客户对梁柱节点的需求，开发了梁柱节点配置原型系统。5 结论与展望5.1总结梁柱节点对整个货架的安全性能具有非常大的影响。本文从梁柱节点的力学性能试验出发，通过对多组梁柱节点进行半刚性弯曲试验，得出了多组梁柱节点的性能参数。然后通过对参数的数据库调用，编译了配置软件。东华大学的吴月明曾经就梁柱节点半刚性的力学性能的有限元分析的验证发表论文，论文指出可以非线性的分析手段，来模拟梁柱节点的弯曲试验。本文在此论文的基础上，通过大量的有限元分析手段，获得多组梁柱的最大载荷等参数，以此完成了货架架构的整体性能分析和配置设计。本次论文中的试验数据也表明了配置设计在梁柱节点中的应用具有可行性，为梁柱节点的性能分析提供了一种全新的思路。本次的分析，为货架梁柱的快速设计和大批量定制生产打下了良好的基础。本文的成果在于：（1）研究了货架梁柱的配置设计参照配置设计的思想，对梁柱进行了模块划分，并建立了货架梁柱节点的配置设计模型。（2）完成了梁柱节点的限元建模和力学性能仿真分析本文使用有限元分析的方法模拟梁柱力学性能分析过程，得出了不同参数下的梁柱节点刚度。为接下来的配置设计打下了基础。（3） 梁柱节点配置设计原型系统的开发根据试验中所获得的梁柱节点刚度值，分析了客户的需求，进行了梁柱节点配置设计原型系统的开发。论文的研究说明了对梁柱节点进行配置设计工作是可行且具有一定的先进性的。本文还对梁柱节点的设计提供了新的手段。本文的主要创新点在于对梁柱节点进行了配置设计的基础上，还开发了配置设计原型系统。为了梁柱节点的快速设计奠定了良好的基础。5.2展望本文虽然在梁柱节点的力学性能方面做了大量的研究，并提出了基于货架梁柱节点的模块化的配置设计，开发了货架梁柱节点的配置设计原型系统，实现了梁柱节点快速设计，但是由于受研究时间以及研究条件等诸多条件限制，所以在力学性能分析以及配置设计后的优化设计上还存在不足，需要在一下几个部分做更加深入、更加具体的研究：（1） 货架配置设计参数仍不完整在实际使用中，用户对货架的要求远不仅限于货架梁柱截面长或者是目标刚度值，还会要求货架可靠性以及寿命。因此在接下来的研究中，还需要对这方面进行探究。（2） 缺少对梁柱节点的优化 本文仅仅是对梁柱节点进行了配置设计，受限于目前知识储备，本文对梁柱节点的优化设计尚未有明确具体的研究。梁柱节点的优化设计是探究梁柱节点刚度与货架梁柱截面长等等一系列参数之间是否存在着更加明确、更加清晰的关系。如不经过试验，可以通过公式分析出某一参数值下的节点刚度。在未来还需要对这方面进行更加深入的研究。 参考文献1 周校仁,王志金.轻钢结构自动化立体库的设计J. 钢结构.2009，3(24).2 国宝鼎虎集团.中国仓储货架行业现状分析与展望J.物流工程与管理，2009年第12期.3 张卫国.货架钢结构系统的分析.物流技术与应用J，2007年第10期.4 王群，汪乐，王延安.浅谈货架钢结构J.山西建筑，2009，35（20）.5 李守林.我国货架和货架仓库的历史与现状J.物流技术与应用，2005，106 钢货架结构设计规范（CECS 2390）.中华人民共和国国家标准，2003.7 钢结构设计规范（GB50017-2003）.中华人民共和国国家标准，20038 吴月明，吕志军，杨建国，杨光辉，梁柱节点半刚性力学性能试验与有限元验证，机械设计与制造9 冯晓芳，
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号