鋁格板設計與仿真優化

唐鴻洋，邵倩男，李柏林，張 爽，沈亞超，孫 巍，王東輝

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁格板主要應用在石化、造船、電站、工業廠房、鍋爐、市政建設及建材等相關行業。

鋁格板具有質量輕、易于打掃、通風透光、防止表面腐蝕、可回收利用、安裝方便、防滑耐用、外形美觀的特點[1]。本文對鋁格板進行仿真優化研究。

1 鋁格板結構設計

圖1 鋁格板三維數模

鋁格板通常是由長肋、短肋、長短包邊組成，鋁格板尺寸為1225mm＊1160mm＊30mm，長肋與短肋之間的中心間距為50mm＊50mm，長短肋開槽深度15mm，寬度5mm，鋁條厚度為4mm，鋁格板包邊與長肋、短肋采用焊接方式進行連接，鋁格板數模如圖1所示。本文設計的鋁格板主要起到承載支撐的作用，用于承載人員進行高空作業，為了保證工作人員的安全，則其強度、剛度將是設計研究的重點。

2 鋁格板仿真優化分析

圖2 4mm厚鋁格板應力云圖

圖3 4mm厚鋁格板位移云圖

鋁格板的合金狀態為6061-T6。為確定鋁格板設計的合理性，獲得鋁格板強度及剛度情況，將該類鋁格板三維數模在SolidWorks中進行仿真計算[2,3]，求解出鋁格板的應力及位移，如圖2、圖3所示。按工作人員2人計算，工作人員產生的集中力為2000N。

如圖2、圖3所示，鋁格板最大應力值為421.4MPa，鋁格板最大變形位移值為2.447mm。根據國家標準YB/T4001.1-2007《鋼格柵板及配套件第1部分：鋼格柵板》規定，允許最大應力值為150MPa，允許最大位移值為5.80mm，4mm厚鋁格板剛度滿足國家標準的要求，但是強度較小，不能滿足國家標準的要求，故有必要對該款鋁格板進行優化研究。

由于厚度為4mm的鋁格板強度不能達到國家標準的要求，分別取鋁條厚度為5mm、6mm、7mm、8mm的四種優化方案與鋁格板原始設計方案，進行優化對比分析[4,5]，鋁格板厚度在4mm～6mm之間時對鋁格板的強度影響巨大，使應力值從421.4MPa減小到44.83MPa，而在厚度為6mm～8mm之間時，鋁格板應力值變化趨勢較平緩，此時厚度對強度的影響減弱。

且鋁格板厚度在4mm～6mm之間，變形量降低0.848mm，鋁格板厚度為6mm～8mm之間，變形量變化僅為0.25mm。

故綜上所述，鋁格板厚度在4mm～6mm之間對強度、剛度的影響明顯，且6mm厚度的鋁格板應力值為44.83MPa，遠遠小于國家標準要求的150MPa，變形位移值為1.599mm，也小于要求的5.8mm，且此方案用料少，節約成本，且力學性能滿足要求，綜合機械性能最優，故鋁格板最優厚度為6mm。

3 結論

按照廠家外形尺寸要求，首先設計出開槽間距50mm，深度15mm的鋁格板長肋及短肋，運用有限元分析軟件SolidWorks simulation獲得厚4mm的鋁格板應力值為421.4MPa，不能滿足國家標準的要求。設定以厚度為變量的4種優化方案，最后確定厚度為6mm的鋁格板設計方案為最優方案，其最大應力值為44.83MPa，最大變形位移值為1.599mm。