鋼架組合應力分析

●高菁媛 趙繼濤 朱富佳 王 濤 王 潔

一、引言

本文用理論計算、實驗研究以及ANSYS 仿真模擬的方法，對靜定鋼架和超靜定鋼架結構進行受力分析，總結出鋼架的受力特點，并提出優化方案。

二、鋼架結構設計

圖1、圖2 中的連接方式為鉸接。其中三個鉸接點所受的力大小都是200N 如圖1，放下豎直向下，短桿及豎直長度100mm，斜杠長度144mm。

圖1

圖2

三、ANSYS 模型建立

利用ANSYS 建立仿真靜定、超靜定鋼架模型如圖3、圖4。

圖3

圖4

四、實驗測試與數據分析

根據實驗設計的模型搭載實驗模型，調試XL2118A 靜態電阻應變儀，記錄電測法實驗結果，將靜定、超靜定的理論計算與模擬應力和實驗測試的結果進行分析如下圖5、圖6：

圖5

圖6

（一）靜定鋼架組合設計受力情況整體分析

圖7

可以清楚地發現這三種分析方法中，電測實驗測得的結果因為實驗中存在多種影響實驗結果的因素，導致實驗法測得的結果與平均值的差距最大；理論計算和ANSYS 模擬得到的柱狀圖與平均值的柱狀圖的誤差差不多，所以對于靜定鋼結構理論計算和ANSYS 模擬比電測實驗所得到的結果更精確。

（二）超靜定鋼架組合設計整體分析

圖8

通過觀察圖7 和圖8 可以得到總體上仍然是理論計算所得到的結果與平均值最接近。而且ANSYS 模擬的準確性高于電測實驗低于理論計算。圖8 都可以觀察到8 號桿件的三組研究數據波動最大，1 號桿件的三組研究數據最為接近。ANSYS 模擬研究所得到的數據除了8 號桿件與平均值的相差較大，其他的桿件內力與平均內力大致相等。

五、鋼架組合結構優化設計

根據判定出的變形分布情況可對桁架結構進行優化改進，對變形小的桿件使用低強度材料，或者減小桿件截面尺寸，節省材料用量，而變形較大的桿件使用高強度材料是結構更加穩定，這樣可使結構既能保持穩定又可以節約資金，從而達到既安全又經濟的目的。如對變形較大的地方增加約束，使結構在受載荷時能夠保證更加穩定。