薄壁加筋结构设计.doc

Question NO. 考题三 工程结构分析应用作业 薄壁加筋结构设计 Name Student No. College Profession Email Address Mobile NO. 摘要 薄壁加筋结构是航空、造船以及土木工程领域内广泛使用的一种结构构件形式，而其自身的结构特点决定其稳定性能时设计的首要指标，除此之外，强度和质量要求也是本文重要的设计指标。本文利用大型通用的有限元软件PATRAN设计了一种薄壁加筋结构，较好的满足了问题要求的性能指标。 关键字：数值模拟 屈曲分析 薄壁加筋 结构设计 目录 摘要 1 第一章 薄壁加筋结构的理论基础 3 1.1薄板的临界失稳载荷计算 3 1.2薄壁杆的局部失稳和总体失稳 4 1.3加筋结构的稳定性分析理论 4 第二章 加筋结构设计要求及思路简介 5 2.1加筋结构设计要求 5 2.2结构设计思路 5 2.2.1设计要求分析 5 2.2.2屈曲分析理论估算 5 2.3分析总结 6 第三章 薄壁加筋结构数值模拟及结果分析 7 3.1初步确定模型 7 3.2 建立模型 7 3.3结果分析 8 3.4方案12的数值计算结果和分析总结 9 3.4.1方案12的屈曲数值计算结果 9 3.4.2分析总结 10 第四章 总结 10 第一章 薄壁加筋结构的理论基础 薄板的临界失稳载荷计算 如下图1.1.1所示，一方板在X轴方向受均匀拉应力σ的作用，为简要起见，仅给出理论公式及其边界条件，推导过程省略。 图 1.1.1薄板受力示意图 以下给出K值的取值及其边界条件 支持情况 系数k值 四边简支 四边固支 三边简支，与载荷平行一边自由 薄壁杆的局部失稳和总体失稳 如图1.2.1所示，常见的有以下几种加筋型材，也就是薄壁杆件： Fig 1.2.1 薄壁杆件示意图 查参考书可得，失稳载荷计算公式如下： 薄壁杆件的总体失稳： 其中 薄壁杆件的局部失稳 1.3加筋结构的稳定性分析理论 加筋结构示意图如下： Fig 1.3.1加筋结构示意图 加筋板件所能承受的最大总载荷为： 其中 ，， 第二章 加筋结构设计要求及思路简介 本章主要根据设计要求，提出设计思路，并作一定的理论计算，为下一章的数值模拟提供参数设计的范围和具体的结构形式。 2.1 加筋结构设计要求： 1、结构承受单向压缩载荷，压缩载荷1.0×106 N 2、结构的受载边长不得小于500mm，结构的长度大于500mm 3、材料弹性模量为70000 N/mm2 密度为2.8×10－6 kg/mm3 4、受压结构在压缩载荷作用下不许出现总体失稳和局部失稳 5、结构的许用应力小于500MPa 6、结构重量0.007kg/mm（单位长度） 2.2 结构设计思路 本节主要分析设计要求，并就设计要求做一定的模型简化，应用第一章理论进行一定的估算和经验设计。 2.2.1 设计要求分析 上述材料已给定，不需另外设计。而结构的大小取最低要求，即为板长宽为500mm*500mm.此时考虑质量要求和强度要求可得： 截面积最大为2500mm2 等效厚度为5mm 最大承载均布压力为500MPa 最大承载压缩载荷为1.25e-6 N 2.2.2 屈曲分析理论估算： 若该板不加筋，根据第一章中理论计算公式，可得t=5时σcr=20.49MPa，Pcr=92.24MPa。明显不满足要求，所以必须加筋。 应用第三章中的加筋板的屈曲理论，计算板的临界载荷随加筋数量的影响。由于t1或t3.5时，该临界载荷参考性较低，故本文只给出以下几种厚度板的临界随加紧数量的变化： Fig 2.2.1板的临界载荷随厚度和加筋数量的影响 2.3 分析总结 有图可知，选定板的厚度为2—2.5左右的范围是可靠的，加筋为9-10根，临界应力在300-500MPa之间。加筋形式初选为L型和Z型（如下图2.2.2所示），和壁板用铆钉连接，共同承压。 Fig 2.2.2 左为L型，右为Z型 第三章 薄壁加筋结构数值模拟及结果分析 3.1 初步确定模型： 在初步的数值模拟中，发现L型的抗屈曲性能明显弱于Z型，所以选择抗屈曲稳定性胶高的Z型