基于SolidWorks Simulation鋼結(jié)構(gòu)梁的有限元分析

李傳軍

摘 要：以跨距10m的鋼結(jié)構(gòu)梁為研究對(duì)象，采用SolidWorks 結(jié)構(gòu)構(gòu)件完成三維模型，采用SolidWorks Simulation有限元分析軟件進(jìn)行有限元分析，確定鋼結(jié)構(gòu)梁的變形量、安全系數(shù)、應(yīng)力和位移的變化情況。

關(guān)鍵詞：小型鋼結(jié)構(gòu)梁、有限元、變形量、安全系數(shù)、應(yīng)力和位移

0 前言

鋼結(jié)構(gòu)梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，有必要鋼結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行受力分析，獲取其變形量、應(yīng)力、安全系數(shù)、位移分布規(guī)律，確定最大應(yīng)力、應(yīng)變位置，合理設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)梁。

1 鋼結(jié)構(gòu)梁的主要參數(shù)

以跨距10m的鋼結(jié)構(gòu)梁為例，主體結(jié)構(gòu)選用矩形管100*50*3.5

支撐矩形管選用50*30*2.6

通過(guò)對(duì)三維繪圖軟件SolidWorks的二次開(kāi)發(fā)，在其中成功嵌入了SolidWorks simulation有限元分析插件，將SolidWorks的模型直接導(dǎo)入simulation中。

2.框架梁的計(jì)算依據(jù)

（1）力學(xué)參數(shù)

材料的屈服強(qiáng)度 σ=220mpa

（2）計(jì)算數(shù)據(jù)

a.鋼結(jié)構(gòu)梁實(shí)際跨距10.44米，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

鋼結(jié)構(gòu)梁在自重的作用下，最大允許撓度值為L(zhǎng)/400=10440/400=26.1mm>9.5mm（計(jì)算值） 所以安全。

b.起拱值不大于：L/300=10440/300=34.8mm，參照一般鋼結(jié)構(gòu)起拱，一般在桁架結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)，跨度小于25m時(shí)要求起拱L/300。即：10440/500=34.8mm，取起拱值35mm。

c.根據(jù)風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值公式：wk=βzusuzW0=1*1.3*0.74*0.4=0.385Kpa

當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓0.4Kpa 。。

由于是鋼結(jié)構(gòu)梁且跨度為10.44m，風(fēng)壓對(duì)鋼結(jié)構(gòu)梁造成的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于框架自重，所以，此鋼結(jié)構(gòu)梁只考慮自重。

（3）分析步驟

利用SolidWorks simulation框架梁進(jìn)行新建算例分析。

a.計(jì)算框架梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)點(diǎn)組

b.添加固定幾何體

c.添加自身重力

d.生成網(wǎng)格簡(jiǎn)化模型，由于鋼結(jié)構(gòu)梁總長(zhǎng)度為12900mm，本身不是很長(zhǎng)，所以劃分密度應(yīng)稍細(xì)致一些，便于分析如圖1。

3.計(jì)算結(jié)果及其分析

（1）鋼結(jié)構(gòu)梁應(yīng)力分析如圖2（放大接近2300倍的示意圖）；

圖中所示鋼結(jié)構(gòu)梁運(yùn)行的最大的應(yīng)力強(qiáng)度為8mpa，而材料的屈服強(qiáng)度為235mpa

（2）鋼結(jié)構(gòu)梁線(xiàn)位移分析如圖3（放大接近2300倍示意圖）；

鋼結(jié)構(gòu)梁線(xiàn)位移為0.5574mm

（3）安全系數(shù)情況如圖4；

經(jīng)分析鋼結(jié)構(gòu)梁的最小安全系數(shù)為27.55

4.結(jié)果分析

通過(guò)SolidWorks simulation有限元分析鋼結(jié)構(gòu)梁的應(yīng)力情況，可以迅速的確定在該工作狀況下主軸的應(yīng)力分布情況、線(xiàn)位移情況，通過(guò)與材料屈服強(qiáng)度的比較，可以快速的判斷鋼結(jié)構(gòu)梁是否處于危險(xiǎn)狀況。計(jì)算分析結(jié)果與鋼結(jié)構(gòu)梁選材與應(yīng)用狀況吻合度高，與材料力學(xué)性能分析相符。

5.結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用SolidWorks simulation有限元對(duì)鋼結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行三維建模與分析，可以確定鋼結(jié)構(gòu)梁最佳方案，確定其最佳選材，使材料得到更好的利用。節(jié)約成本，降本提效。通過(guò)分析得到的數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)際狀態(tài)相吻合。

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行SolidWorks simulation有限元分析是非常有必要的，應(yīng)在以后的設(shè)計(jì)中多增加 SolidWorks simulation有限元分析，實(shí)現(xiàn)更好的降本提效。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙根田，孫德發(fā).鋼結(jié)構(gòu). 機(jī)械工業(yè)出版社，2012.9 .

[2]劉鴻文.材料力學(xué)第四版. 高等教育出版社2007.12.