薄壁加筋结构设计.docVIP

QuestionNO.考题三

工程构造分析应用作业

薄壁加筋构造设计

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摘要

薄壁加筋构造是航空、造船以及土木工程领域内广泛使用的一种构造构件形式，而其自身的构造特点决定其稳定性能时设计的首要指标，除此之外，强度和质量规定也是本文重要的设计指标。本文运用大型通用的有限元软件PATRAN设计了一种薄壁加筋构造，很好的满足了问题规定的性能指标。

关键字：数值模拟屈曲分析薄壁加筋构造设计

目录

\l_Toc第一章薄壁加筋构造的理论基础 3

\l_Toc1.1薄板的临界失稳载荷计算 3

\l_Toc1.2薄壁杆的局部失稳和总体失稳 4

1.3加筋构造的稳定性分析理论 4

\l_Toc第二章加筋构造设计规定及思绪简介 5

\l_Toc2.1加筋构造设计规定 5

\l_Toc2.2构造设计思绪 5

\l_Toc2.2.1设计规定分析 5

\l_Toc2.2.2屈曲分析理论估算 5

\l_Toc2.3分析总结 6

\l_Toc第三章薄壁加筋构造数值模拟及成果分析 7

\l_Toc3.1初步确定模型 7

\l_Toc3.2建立模型 7

\l_Toc3.3成果分析 8

\l_Toc3.4方案12的数值计算成果和分析总结 9

\l_Toc3.4.1方案12的屈曲数值计算成果 9

\l_Toc3.4.2分析总结 10

\l_Toc第四章总结 10

第一章薄壁加筋构造的理论基础

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

如下给出K值的取值及其边界条件

支持状况

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，常见的有如下几种加筋型材，也就是薄壁杆件：

Fig1.2.1薄壁杆件示意图

查参照书可得，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加筋构造的稳定性分析理论

加筋构造示意图如下：

Fig1.3.1加筋构造示意图

加筋板件所能承受的最大总载荷为：

其中，，

第二章加筋构造设计规定及思绪简介

本章重要根据设计规定，提出设计思绪，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详细的构造形式。

2.1加筋构造设计规定：

1、构造承受单向压缩载荷，压缩载荷1.0×106N

2、构造的受载边长不得不不小于500mm，构造的长度不小于500mm

3、材料弹性模量为70000N/mm2密度为2.8×10－6kg/mm3

4、受压构造在压缩载荷作用下不许出现总体失稳和局部失稳

5、构造的许用应力不不小于500MPa

6、构造重量0.007kg/mm（单位长度）

2.2构造设计思绪

本节重要分析设计规定，并就设计规定做一定的模型简化，应用第一章理论进行一定的估算和经验设计。

2.2.1设计规定分析

上述材料已给定，不需此外设计。而构造的大小取最低规定，即为板长宽为500mm*500mm.此时考虑质量规定和强度规定可得：

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-6N

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。明显不满足规定，因此必须加筋。

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，该临界载荷参照性较低，故本文只给出如下几种厚度板的临界随加紧数量的变化：

Fig2.2.1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。

Fig2.2.2左为L型，右为Z型

第三章薄壁加筋构造数