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实验室隔断结优构化设计
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实验室隔断结构的优化设计;目 录
;结构建模;风载荷计算关系;2、理论计算公式
基本风压ωo系以当地比较空旷平坦地面、离地10m高、统计30年一遇的10min平均最大风速8 m/s为标准, 由《建筑结构荷载规范》知:哈尔滨地区距离地面10米处的基本风压为0.35 kN/㎡。
哈尔滨地区属于C类地区,即指有密集建筑群和较多高层建筑的大城市市区。其风压高度变化系数μz可按表3.2.5的规定采用:;由表可知,μz的值可取为0.94。
高耸结构的风荷载体型系数μs可按表3.2.6的规定采用
;故,μs可以取值为0.8 。
风振系数 βz 可按下列公式计算 βz =1+
式中 ξ——脉动增大系数,取1.5;
v ——脉动影响系数,取0.93;
——振型系数,取0.84 。
所以, βz =1.51482
;ω = βz× μs× μz× ωo
=1.51482×0.8×0.94×0.35
=0.3987 kN/㎡
隔断结构分为两个部分,称作正面部分和侧面部分:
其中正面的表面积为14㎡ , 侧面部分的表面积为10.5㎡。
故当风正面接触正面时候,玻璃所受力为5.5818kN,侧面所受力为4.1864kN;工况分析;实验室的隔断的具体布局及工况情况分布如图所示,
;综上所述,可分为15种工况情况,如表所示:
其中A代表隔断内的窗户对隔断的影响;
B代表隔断外靠近隔断的窗户对隔断的影响;
C代表隔断外远离隔断的窗户对隔断的影响;
D代表门对隔断的影响。
其中,各个工况的具体数值如下表所示:;;结构仿真; 将隔断的一个四框结构单独分析,去除其余多余的约束。
在adams里建模,加约束后得到图如下:
;对力所作用的竖杆进行质心位移量的测量,得到如图所示结果
;细化模型
(1)创建设计变量
将主要的设计点进行参数化,以细化该机构模型,以便于比较不同参数情况下产生的夹紧力。设计变量如图所示:
;(2)优化设计变量
;(3)设计变量优化结果
;如表所示,DV_1和DV_3的敏感度最高,也就是说,point_2x,point_3x的位置变化对框架的影响最大。
优化设计
(1)修改设计变量
;(2)优化设计
;前面提到的建模方式为全刚体建模,这种构件在受到力的作用时不会产生变形,并且隔断结构为全固定副连接,所以无法测出各个杆件的形变量。
在现实中,把样机当作刚性系统来处理,在大多数情况下可以满足要求.但是在一些需要考虑构件变形的特殊情况下,完全把模型当作刚性系统来处理还不能达到精度要求。必须把模型的部分构件做成可以产生变形的柔性体来处理。
在ADAMS中,有3种建立柔性体的方法.第一种是利用ADAMS中的柔性梁连接,将一个构件离教成许多段刚性构件,这些离散后的刚性构件之间采用的柔性梁连接。但这种方法只限于构件是简单构件时才可以使用。这种连接还不能称为真正的柔性体,离教柔性连接件是直接利用刚性体之间的柔性粱连接,将一个构件分成多个小块,在各个小块之间建立柔性连接。由8段离散件构成,每段离敬件有自己的质心坐标系、名称、颜色和质心信息等属性.每段离散件就是一个独立的刚性构件.因此可以像编辑其他刚性构件一样来编辑稼段离散件。; 刚—柔混合建模如下:
;图中将竖梁与横梁之间由转动副连接,将其中的一个横梁柔性化,在隔断上加载力的作用,比较刚性体横梁和柔性体横梁之间的变形情况,可以从图中看出,当对横梁进行柔性体化之后,可以较为清楚的看出横梁的变形,从而能够了解到构件可能出现的变形情况。
再利用ADAMS/Line线性分析模块,通过机械系统振动特性的分析,共36阶模态,系统将给出机械系统的振动特性列表。
列表如下:
;结构仿真小结:
通过adams的建模,发现隔断系统中全部由固定副组成,无法分析其动力学特性,故将其中一个四框机构单独分析,并给定其边框以转动副,从而能够得出横梁质心处的位移量,而通过adams的柔性分析功能,更能更加直接的观察出横梁的具体形变特征及其振动特性。由此可以推断出,若要进行下一步的结构优化,其优化过程也是建立在将整体隔断模型拆散的基础上的,可以想见,对于不同模型的仿真过程,不一定全部通过整体分析,而是也可以将模型拆分成小机构来分析,从而扩展到整个机构。;结构优化;横梁中心点的运动参数曲线为:;将分块的四个角的四个设计点位置进行参数化,以细化隔断机构模型,便于比较不同参数情况下横梁产生的位移情况。
对四个点的设计变量进行灵敏度测试:
由表可见,设计变量DV_3、DV_5、DV_7的敏感度最高,也就是说POINT_2x、POINT_3x、POINT_4x对
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