門式剛架靜力屈曲的計(jì)算機(jī)模擬

楊 衛(wèi) 奇

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽(yáng) 618000)

門式剛架靜力屈曲的計(jì)算機(jī)模擬

楊 衛(wèi) 奇

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽(yáng) 618000)

采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)門式剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性靜力屈曲模擬,給出了某一時(shí)刻剛架的一階屈曲模態(tài)、屈曲載荷、柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù),分析了柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)計(jì)算機(jī)模擬值與理論值的關(guān)系，為類似問(wèn)題的研究提供了依據(jù)。

門式剛架，一階靜力屈曲，長(zhǎng)度系數(shù)，模擬

1 概述

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展, 很多新型、高強(qiáng)度的輕型超薄結(jié)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于國(guó)防和民用工業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域，其在靜力荷載作用下的屈曲問(wèn)題引起了人們的極大關(guān)注，激發(fā)了人們對(duì)輕型結(jié)構(gòu)屈曲問(wèn)題研究的興趣。門式剛架作為輕型結(jié)構(gòu)之一，普遍地應(yīng)用于工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、路橋、體育館、展廳等，其屈曲問(wèn)題一直是固體力學(xué)領(lǐng)域和工程界活躍的研究課題之一，因此合理地建立剛架靜力屈曲的理論分析模型，不但可以豐富和發(fā)展經(jīng)典的穩(wěn)定性理論，并且有著重要的工程應(yīng)用價(jià)值。因此，本文對(duì)門式剛架的靜力屈曲問(wèn)題進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。

2 有限元建模

本文用ANSYS有限元分析軟件對(duì)門式剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性靜力屈曲模擬。荷載為集中荷載，作用于柱頂端，如圖1所示，梁柱等截面，截面形式為工字形，尺寸為550/220/6/12 mm，柱腳約束條件為鉸接。彈性模量為2.07E11，泊松比為0.265。單元類型采用Beam3單元，Beam3單元是一種可以承受拉、壓、彎作用的單軸單元，它可以有效地考慮構(gòu)件在平面內(nèi)的軸力和彎矩對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定產(chǎn)生的影響。

3 靜力屈曲數(shù)值模擬與結(jié)果分析

表1 柱腳為鉸接，不同線剛度比下

3.1 鉸接和固接式的剛架計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬

表1為柱腳鉸接，梁柱長(zhǎng)度均為6 m時(shí)，不同線剛度比下剛架的特征值屈曲載荷及計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。圖2為剛架的一階屈曲模態(tài)，由圖可知?jiǎng)偧芮鷷r(shí)有側(cè)移。

圖3為柱腳鉸接時(shí)，剛架的特征值屈曲載荷和梁柱線剛度比的關(guān)系。表1和圖3表明：當(dāng)梁柱線剛度比小于某值時(shí)(約為2)，隨著A的增大，剛架的特征值屈曲載荷明顯增大；當(dāng)梁柱線剛度比大于該值時(shí)，隨著A的增大，剛架的特征值屈曲載荷變化較平緩。

柱腳固接時(shí)，不同線剛度比下剛架的特征值屈曲載荷及計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表2和圖4，其規(guī)律同表1和圖3，不再重述。

表2 柱腳為固接時(shí)，不同線剛度比

3.2 結(jié)果分析

根據(jù)表1，表2的數(shù)值模擬結(jié)果與理論值的比較可知：柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ計(jì)算機(jī)模擬值與理論值基本吻合，誤差不超過(guò)0.45%，且與柱腳的約束情況無(wú)關(guān)，隨著梁柱線剛度比的減小，其誤差也越來(lái)越小。

[1] 王倩穎，韓志軍，張善元.兩種約束條件下平面門式剛架的屈曲分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2008，8(20):5540-5543.

[2] 王倩穎，韓志軍，張善元，等.平面門式剛架靜力屈曲的仿真分析[J].工業(yè)建筑，2009(S1)：52-53.

[3] 楊衛(wèi)奇.彈性圓柱殼軸向沖擊屈曲數(shù)值模擬[J].科技風(fēng)，2009(23)：246.

The computer simulation of portal rigid frame static buckling

Yang Weiqi

(SichuanConstructionVocationalandTechnicalCollege,Deyang618000,China)

This paper made linear static buckling simulation to portal rigid frame steel structure using ANSYS finite element analysis software, given first-order static buckling mode, buckling load, the calculation length coefficient of column of a time frame, analyzed the relationship between column calculation length coefficient computer simulation value with the theoretical value, provided basis for the research on similar problems.

portal rigid frame, first-order static buckling, length factor, simulation

1009-6825(2015)32-0054-02

2015-09-02

楊衛(wèi)奇(1981- )，男，碩士，助教

TU311

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