本文以某彈性加載系統(tǒng)中的薄壁結(jié)構(gòu)為分析對(duì)象,通過(guò)理論分析及有限元仿真相結(jié)合的方式計(jì)算薄壁結(jié)構(gòu)受壓狀態(tài)下的屈曲失穩(wěn)臨界載荷,有限元仿真結(jié)果與理論解析計(jì)算基本一致。在屈曲分析的基礎(chǔ)上計(jì)算薄壁結(jié)構(gòu)兩側(cè)的最小預(yù)緊力,通過(guò)有限元仿真進(jìn)一步驗(yàn)證了預(yù)緊力對(duì)屈曲穩(wěn)定性的影響。仿真結(jié)果表明,預(yù)緊后的薄壁結(jié)構(gòu)承載能力明顯提高,證明了預(yù)緊方案及最小預(yù)緊力計(jì)算方法的正確性,屈曲分析計(jì)算及預(yù)緊方案在工程應(yīng)用上具有實(shí)用性及借鑒意義。 

【文章來(lái)源】：計(jì)量與測(cè)試技術(shù). 2019,46(06)

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

彈性加載系統(tǒng)中的薄壁結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)取薄壁結(jié)構(gòu)參與變形的有效尺寸長(zhǎng)度L=

并聯(lián)布置，取單片薄壁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，BB'處與AA'處固定，OO'處裝有支撐軸承及軸承座，該薄壁結(jié)構(gòu)在正常工作狀態(tài)下厚度h方向?yàn)閺椥灾�，長(zhǎng)度L方向?yàn)閯傂灾�。圖1彈性加載系統(tǒng)中的薄壁結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)取薄壁結(jié)構(gòu)參與變形的有效尺寸長(zhǎng)度L=436mm，寬度b=100mm，厚度h=2mm。薄壁結(jié)構(gòu)厚度及寬度方向受載較小，在本文中不考慮。OO'截面法向(長(zhǎng)度方向)受到較大的加載力Fo(圖2a)，工作中按預(yù)定載荷譜施加。對(duì)于BB'側(cè)表現(xiàn)為受拉，AA'側(cè)表現(xiàn)為受壓(圖2b)。圖2薄壁結(jié)構(gòu)兩側(cè)固定工裝狀態(tài)薄壁結(jié)構(gòu)的受壓側(cè)(OO－AA')容易引起屈曲失穩(wěn)，從而導(dǎo)致該側(cè)結(jié)構(gòu)突然失去承載能力。在脈動(dòng)加載工況下，拉伸側(cè)(BB'－OO')反復(fù)承受突變的拉應(yīng)力，容易引發(fā)結(jié)構(gòu)疲勞及設(shè)備沖擊振動(dòng)，這對(duì)于測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集精度及設(shè)備穩(wěn)定性影響較大。在設(shè)計(jì)階段對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行屈曲穩(wěn)定性分析計(jì)算，一般能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決這一問(wèn)題。(2)臨界彎曲載荷計(jì)算以薄壁結(jié)構(gòu)受壓側(cè)為分析對(duì)象，受力分析如圖2(b)所示，應(yīng)用等截面均勻小變形壓桿穩(wěn)定性Eul-er公式，求受壓側(cè)彈性臨界彎曲載荷:Fc=π2EI(μl)2(3)式中:E—材料彈性模量，Pa;I—截面慣性矩，mm4;μ—長(zhǎng)度因數(shù)，取值如表1所示;l—長(zhǎng)度，mm。表1長(zhǎng)度因數(shù)約束條件長(zhǎng)度因數(shù)μ兩端鉸支=1兩端固定=0.5一端固定、另一端自由=2一端固定、另一端鉸支≈0.7如圖2b所示，分析模型一端固定，一端自由，取μ=2，結(jié)合取值E=205Gpa，I=bh3/12和l=L/2，代入式(3)得受壓側(cè)臨界彎曲載荷:Fc=π2×205×109?

睪紗?715N時(shí)，結(jié)構(gòu)在厚度方向扭動(dòng)，打破原有的平衡狀態(tài)，發(fā)生穩(wěn)定性失效。若繼續(xù)加大外載荷達(dá)6463N時(shí)，第1階平衡狀態(tài)被打破，跳到另一個(gè)平衡狀態(tài)，屈曲位移云圖如圖3b所示，結(jié)構(gòu)在厚度方向扭動(dòng)加劇，結(jié)構(gòu)承載能力急劇下降。2薄壁結(jié)構(gòu)預(yù)緊力計(jì)算及屈曲分析驗(yàn)證2.1最小預(yù)緊力計(jì)算為了提高薄壁結(jié)構(gòu)的承載能力，根據(jù)彈性加載系統(tǒng)的工況需要，在薄壁結(jié)構(gòu)兩側(cè)通過(guò)張緊機(jī)構(gòu)施加預(yù)緊拉力Fb和Fa(Fb=Fa)(見圖4a)，此時(shí)仍取受壓側(cè)作為分析對(duì)象，受力分析如圖4b所示。圖4薄壁結(jié)構(gòu)預(yù)緊工作狀態(tài)假設(shè)受壓側(cè)在某時(shí)刻即將引起第1階屈曲失穩(wěn)，此時(shí)受壓側(cè)壓力Fo/2、預(yù)緊力Fa與第1階臨界彎曲載荷Fc三者滿足以下關(guān)系:Fc=Fo/2－Fa(6)該彈性加載系統(tǒng)的最大加載力Fmax=6.25kN，代入式(6)計(jì)算得受壓側(cè)即將發(fā)生第1階屈曲失穩(wěn)所需的最小預(yù)緊力:Fa=Fmax/2－Fc=6.25/2kN－0.715kN=2.41kN(7)2.2屈曲分析驗(yàn)證為了進(jìn)一步驗(yàn)證預(yù)緊力對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)屈曲穩(wěn)定性的影響，也進(jìn)一步驗(yàn)證上文對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)預(yù)緊力解析計(jì)算的正確性，應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件對(duì)預(yù)緊力作用下的薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行屈曲分析。仍取薄壁結(jié)構(gòu)受壓側(cè)作為分析對(duì)象，設(shè)置邊界條件，最小預(yù)緊力2.41kN，加載力Fo/2=Fmax/2=3.125kN。導(dǎo)出前4階屈曲位移云圖(圖5)，按式5計(jì)算得到前4階臨界載荷(表3)。圖5預(yù)緊狀態(tài)前4階屈曲位移云圖表3預(yù)緊狀態(tài)前4階臨界彎曲載荷階數(shù)1階2階3階4階臨界載荷/kN3.2128.9881.41107.76由圖5及表3可知，添加最小預(yù)緊力后，薄壁結(jié)構(gòu)受壓側(cè)前4

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]某乘用車后背門屈曲穩(wěn)定性分析及優(yōu)化[J]. 劉俊紅,劉丹,袁夏麗.  汽車實(shí)用技術(shù). 2019(03)
[2]薄壁型方管立柱局部穩(wěn)定性分析[J]. 何帆,于家洋,田常錄.  機(jī)械制造與自動(dòng)化. 2018(04)
[3]薄壁硬殼式圓筒結(jié)構(gòu)的屈曲分析[J]. 王驍峰,段毅,袁銳之.  兵器裝備工程學(xué)報(bào). 2018(07)
[4]矩形薄板屈曲分析的高階有限條傳遞矩陣法[J]. 葛威延,何斌,安逸,劉冬梅.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2018(03)
[5]張力下的板形屈曲臨界載荷和寬度分析[J]. 戴杰濤,李烈軍,戴文笠,張祖江.  華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2015(09)
[6]薄壁箱型結(jié)構(gòu)仿真與實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性分析[J]. 陳玉振,陳亞峰.  電子機(jī)械工程. 2013(05)
[7]基于ANSYS Workbench變截面壓桿屈曲分析方法[J]. 閔加豐,闞偉良,朱海清.  鍛壓裝備與制造技術(shù). 2012(04)



本文編號(hào)：3051688