钢结构两种载荷施加方式的仿真方法对比分析.pdf

第 期 总第 期 年 月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION No Apr 文章编号 钢结构两种载荷施加方式的仿真方法对比分析 陈崇茂 陈义东 中国联合工程公司 浙江 杭州 摘要 对仿真模拟加载时两种不同的加载方式进行了分析 并将得到的结果与试验值进行对比 提供了一种 较为简单且与试验值基本符合的仿真加载方法 关键词 钢结构 仿真方法 载荷 中图分类号 TP 畅 文献标识码 A 收稿日期 修订日期 作者简介 陈崇茂 男 浙江临海人 工程师 硕士 主要从事建设工程管理工作 1 软件介绍 在很多机械结构进行试验之前 为验证其结构受 力是否满足标准要求 要先进行仿真模拟 这样可以大 大减少试验次数 节约研发经费及周期 这已经是机械 行业比较熟悉和普遍应用的一种方法 对于机械部 件 我们期望通过仿真模拟的方法来改进部件的结构 在仿真结果比较合理后进行样品试制 再将仿真模拟 结果与试验结果进行对比 这样既验证了仿真模拟的 正确性 也从另一方面验证了试验方法的正确性 本文中采用的仿真模拟 软件 Workbench 是 ANSYS 软件中的一个重要模块 能实现与各种主流 CAD 软件的无缝衔接 可以方便地导入非常复杂的三 维模型进行仿真模拟分析 对大型复杂的装配件进行 分析时 可以依据模型的几何形状建立高品质的网格 缩短运算时间 也确保分析准确 Workbench 可以全 自动识别相邻零件的接触关系 自动建立相互之间的 接触模式 定义好几何模型并进行网格划分后 定义 载荷和边界条件时应尽量与试验的加载 约束情况一 致 Workbench 有 种接触方式 Bond 绑定 No separation 不分离 Frictionless 无摩擦 Rough 粗 糙 和 frictional 摩擦 不同的接触方式适用于不同 的接触状态 本文分析钢结构时采用了 No separation 不分离 的方式 该方式与试验加载和约束情况更为 吻合 其特点是 法向力为 切向力 法向不分离 切向可有小位移 2 试验分析 本文以一款曲面钢结构为例进行加载试验 相关 试验标准如下 静载状态时 将 mm 垫块作用在钢结构上 垫块长 mm 的边对应钢结 构件长边 施加 MPa 载荷 要求变形不超过 mm 构件无破裂 无永久变形 试验时 将载荷均布在垫块的 mm mm 面积上 以消除垫块对钢结构件的影响 钢结构件两 端固定在试验台上 模型加载示意图如图 所示 加载确定后 在钢结构件的中间位置设置百分表 读数得到的试验最大变形为 mm 图 模型加载示意图 3 仿真模拟 针对如何仿真模拟试验真实加载情况 分别做了 载荷作用于垫板上 载荷作用于钢结构件表面两种模 型的分析 其他边界条件一致 载荷作用于垫板上 垫板与钢结构件之间采用 Bond 接触模式 由 Workbench 自动探测接触区域 直接在垫板上施加载 荷即可 如图 所示 图 载荷作用于垫板上的模型 载荷作用于钢结构件表面 载荷作用于钢结构件表面时 则需先对钢结构件 进行加载区域划分 在 Workbench 自带的 MD 模块中 将加载区域切割出来 载荷施加在与 mm mm 相同的构件表面 如图 所示 仿真结果分析 图 图 分别为载荷作用于垫板上和载荷作用 于构件表面上的变形云图 由图 图 可知 载荷作 用于垫板上 构件变形为 mm 载荷直接作用于 构件表面上 构件变形为 mm 由此可知两种 载荷施加方法对结果影响非常小 图 载荷作用于构件表面上的模型 4 仿真结果与试验结果对比分析 本文采用 ANSYS Workbench 平台分析计算了 构件在不同加载方式时的变形情况 并与试验值进行 了对比 载荷作用于构件表面计算数据仅比载荷作用 于垫板上大 可见模拟计算时两种加载方式对 变形影响很小 完全可忽略不计 载荷作用于构件表 面与试验值相差 在可接受范围内 模拟计算 与试验是基本吻合的 对复杂构件 可采用在构件表 面直接加载的方式 减少接触计算 并极大地减少了网 格数量 提升了计算速度 具有较大的现实意义 图 载荷作用于垫板图 载荷作用于构件表面 上的变形云图上的变形云图 参考文献 王勖成 邵敏 有限单元法基本原理和数值方法 M 北 京 清华大学出版社 李子云 ANSYS Workbench 之仿真计算模块的研究与应 用 J 科技创新导报 成大先 机械设计手册 M 第 版 北京 化学工业出版 社 杜成斌 任青文 用于接触面模拟的三维非线性接触单 元 J 东南大学学报 自然科学版 Simulation Analysis and Comparison of Two Types of Loading Methods CHEN Chong mao CHEN Yi dong China United Engineering Corporation Hangzhou China Abstract In this paper two different ways of loading were simulated and analyzed and the results are compared with the experimental values to provide a simple load simulation method fitting in with the test Key words steel structure simulation method load 上接第 页 箱应力集中区域位于底板中间位置横梁处 应力最大 为 MPa 符合实际应力分布 集装箱变形位置也是 位于底板中间位置横梁处 最大变形为 mm 小于 国际标准要求的 mm mm 符合设计要求 图 离散后的集装箱模型图 集装箱应力分布云图图 集装箱位移分布云图 3 集装箱仿真结果和试验结果对比 根据仿真模型设计制造集装箱 并对其进行结构 强度试验 仿真分析结果和试验结果对比如表 所示 表 集装箱仿真分析结果和试验结果对比 类型最大应力 MPa 位置最大变形 mm 位置 仿真分析 底板横梁处 Y 底板横梁处 试验数据 底板横梁处 E 底板横梁处 由表 可知 仿真分析结果和试验结果偏差较小 在 之内 存在偏差的主要原因是没有将材料材质 稳定性 焊接性能稳定性和人员加工操作的可靠性等 考虑在内 总体来说 仿真结果与试验数据基本一致 4 结束语 综上所述 SolidWorks 软件能够很好地仿真集装 箱结构强度 与试验结果比较接近 能够满足工程精度 和使用要求 参考文献 辛文彤 SolidWorks 从入门到精通 M 北京 人民邮电 出版社 湛迪强 SolidWorks 应用速成标准教程 M 北京 电子 工业出版社 张忠将 SolidWorks 机械设计完全实例教程 M 北 京 机械工业出版社 Container Structure Strength Analysis Based on SolidWorks WANG Xi feng YAN Li feng Shandong Keda M E Technology Corp Ltd Jining China Yanzhou China Resources Gas Co Ltd Yanzhou China Abstract Taking a container as study object this paper set up the model of the continer and simulated and analyzed its structure strength by use of SolidWorks Experimental data show that the analytical results of SolidWorks agree with that of ex