文洛式溫室主體結(jié)構(gòu)有限元仿真分析

王暾 王宏亮 楊龍飛 王文江 趙成龍 何昭君

摘 要：文洛式溫室因其具有透光率高、成本低的特點(diǎn)，已經(jīng)成為廣泛應(yīng)用的溫室結(jié)構(gòu)形式，為研究文洛式溫室結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)性能，本文采用有限元分析軟件ANSYS，對(duì)一個(gè)跨距12.80m，開間5.00m的文洛式溫室主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，分析在風(fēng)載、雪載，結(jié)構(gòu)自重和配重及附屬結(jié)構(gòu)作用下，溫室整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，模擬計(jì)算結(jié)果為溫室的主體結(jié)構(gòu)中立柱和桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：文洛式溫室;結(jié)構(gòu)有限;元分析;立柱桁架

文洛式溫室是世界上硬質(zhì)覆蓋材料溫室中使用量最大的結(jié)構(gòu)形式，在國內(nèi)已經(jīng)成為玻璃溫室和PC板溫室的首選結(jié)構(gòu)，并且由于其具有質(zhì)量輕、用料少等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代溫室發(fā)展的主流。目前國內(nèi)智能溫室處于起步階段，其需求量也在逐年增加，尤其隨著國家經(jīng)濟(jì)多元化發(fā)展，溫室應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也有了一定的創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到溫室能否在惡劣環(huán)境下正常運(yùn)行。

影響溫室結(jié)構(gòu)最大的因素有風(fēng)載荷和雪載荷，也是存在最為普遍的可變載荷，是在溫室設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的因素，所以有必要對(duì)溫室主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。

一、有限元模型

1.模型結(jié)構(gòu)參數(shù)。選用文洛式溫室整體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，其主體結(jié)構(gòu)是由表面鍍鋅處理的Q235B型材，具體參數(shù)如下：

2.單元類型。在ansys15.0軟件中，采用兩節(jié)點(diǎn)的3-D梁?jiǎn)卧狟eam188建立模型。取模型材料的彈性模量為206GPa，泊松比為0.3，屈服應(yīng)力235MPa，劃分單元網(wǎng)格，建立文洛式溫室整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，如圖1所示。

3.約束情況。本研究固定文洛式溫室立柱底部各方向的平動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，在桁架、天溝與立柱采用節(jié)點(diǎn)連接。

4.荷載工況。為使仿真計(jì)算更能反映真實(shí)情況，本研究考慮文洛式溫室在使用過程中所受到的主要載荷，即靜載荷+雪載荷+風(fēng)載荷+物重。下圖為受力情況：

二、結(jié)果與分析

對(duì)模型在加雪載、風(fēng)載和配重等載荷情況下進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，最大應(yīng)力值發(fā)生在桁架，數(shù)值為24MPa，小于材料的屈服極限，如圖3所示。

圖4主體結(jié)構(gòu)位移云圖，從圖可知最大變形在屋脊，位移為50mm，整體變形較小。

三、結(jié)束語

利用ANSYS軟件對(duì)文洛式溫室主體結(jié)構(gòu)在風(fēng)載、雪載和配重等作用下的受力全過程進(jìn)行仿真計(jì)算，根據(jù)仿真結(jié)果可得到結(jié)論：溫室整體骨架的強(qiáng)度及變形能夠滿足相應(yīng)的風(fēng)雪載荷和附屬結(jié)構(gòu)的自重影響，該溫室主體結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度較高，為減少應(yīng)力集中，應(yīng)力最大位置在設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊飛，周新群，Venlo溫室的荷載效應(yīng)特征及其在工程中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（3）163-168.

[2]宋麗萍，陳吉等，大空間Venlo型溫室主框架有限元分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2012，50（6）1673-3142.

[3]丁敏，朱丹，許晶等，風(fēng)雪載荷下Venlo型溫室結(jié)構(gòu)整體性能研究[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，22（1）：120-128.