1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。ag薄壁加筋結構設計編號 Question NO. 考題三 工程結構分析應用作業(yè)薄壁加筋結構設計Name Student No. College Profession Email AddressMobile NO.摘要薄壁加筋結構是航空、造船以及土木工程領域內廣泛使用的一種結構構件形式，而其自身的結構特點決定其穩(wěn)定性能時設計的首要指標，除此之外，強度和質量要求也是本文重要的設計指標。本文利用大型通用的有限元軟件PATRAN設計了一種薄壁加筋結構，較好的滿足了問題要求的性能指標。關鍵字：數值模擬 屈曲分析

2、 薄壁加筋 結構設計目錄摘要11.1薄板的臨界失穩(wěn)載荷計算- 3 -如下圖1.1.1所示，一方板在X軸方向受均勻拉應力的作用，為簡要起見，僅給出理論公式及其邊界條件，推導過程省略。- 3 - 3 -圖 1.1.1薄板受力示意圖- 3 -以下給出K值的取值及其邊界條件- 3 -支持情況- 3 -系數k值- 3 -四邊簡支- 3 - - 3 - - 3 -四邊固支- 3 - - 3 - - 3 -三邊簡支，與載荷平行一邊自由- 4 - 4 -1.2薄壁桿的局部失穩(wěn)和總體失穩(wěn)- 4 -第一章 薄壁加筋結構的理論基礎1.1 薄板的臨界失穩(wěn)載荷計算 如下圖1.1.1所示，一方板在X軸方向受均勻拉應力的作

3、用，為簡要起見，僅給出理論公式及其邊界條件，推導過程省略。圖 1.1.1薄板受力示意圖以下給出K值的取值及其邊界條件支持情況系數k值四邊簡支 四邊固支 三邊簡支，與載荷平行一邊自由1.2 薄壁桿的局部失穩(wěn)和總體失穩(wěn) 如圖1.2.1所示，常見的有以下幾種加筋型材，也就是薄壁桿件： Fig 1.2.1 薄壁桿件示意圖查參考書可得，失穩(wěn)載荷計算公式如下：1） 薄壁桿件的總體失穩(wěn)： 其中 2） 薄壁桿件的局部失穩(wěn) 1.3加筋結構的穩(wěn)定性分析理論 加筋結構示意圖如下： Fig 1.3.1加筋結構示意圖加筋板件所能承受的最大總載荷為：其中 ，第二章 加筋結構設計要求及思路簡介本章主要根據設計要求，提出設計

4、思路，并作一定的理論計算，為下一章的數值模擬提供參數設計的范圍和具體的結構形式。2.1 加筋結構設計要求：1、結構承受單向壓縮載荷，壓縮載荷>1.0×106 N2、結構的受載邊長不得小于500mm，結構的長度大于500mm3、材料彈性模量為70000 N/mm2 密度為2.8×106 kg/mm34、受壓結構在壓縮載荷作用下不許出現總體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)5、結構的許用應力小于500MPa6、結構重量<0.007kg/mm（單位長度）2.2 結構設計思路本節(jié)主要分析設計要求，并就設計要求做一定的模型簡化，應用第一章理論進行一定的估算和經驗設計。2.2.1 設計要求分析

5、 上述材料已給定，不需另外設計。而結構的大小取最低要求，即為板長寬為500mm*500mm.此時考慮質量要求和強度要求可得：1、 截面積最大為2500mm22、 等效厚度為5mm3、 最大承載均布壓力為500MPa4、 最大承載壓縮載荷為1.25e-6 N2.2.2 屈曲分析理論估算： 若該板不加筋，根據第一章中理論計算公式，可得t=5時cr=20.49MPa，Pcr=92.24MPa。明顯不滿足要求，所以必須加筋。應用第三章中的加筋板的屈曲理論，計算板的臨界載荷隨加筋數量的影響。由于t<1或t>3.5時，該臨界載荷參考性較低，故本文只給出以下幾種厚度板的臨界隨加緊數量的變化： F

6、ig 2.2.1板的臨界載荷隨厚度和加筋數量的影響2.3 分析總結 有圖可知，選定板的厚度為22.5左右的范圍是可靠的，加筋為9-10根，臨界應力在300-500MPa之間。加筋形式初選為L型和Z型（如下圖2.2.2所示），和壁板用鉚釘連接，共同承壓。 Fig 2.2.2 左為L型，右為Z型第三章 薄壁加筋結構數值模擬及結果分析3.1 初步確定模型：在初步的數值模擬中，發(fā)現L型的抗屈曲性能明顯弱于Z型，所以選擇抗屈曲穩(wěn)定性膠高的Z型桁條。預置加筋數量為9根，相關結構如圖3.1.1所示： 圖3.1.1 結構示意圖3.2 建立模型由于該結構為薄壁加筋結構，故采用2D的SHELL單元來模擬薄板和桁條

7、。共使用19089個節(jié)點以及20600個單元。在薄板三邊設置簡支邊界條件，即限定三個方向位移.另一邊僅限制X和Z方向位移,加載1為Y向壓力為1MPa，加載2為10e6/S（MPa）,其中S為該結構的截面積。模型如下圖3.2.1所示： 圖3.2.1 有限元模型工況一：Y向壓力為1 （MPa）工況一：Y向壓力為10e6/S（MPa）3.3 結果分析在第一章中我們已經預估了薄板t的范圍，所以在該范圍內不斷改變t的大小以及桁條的厚度，分別進行工況一線性屈曲特征值分析（選取第一階模態(tài)）與工況二線性靜態(tài)分析（選取米歇斯應力最大值）下的數值模擬，得到計算結果如下圖：方案板厚/mm桁條厚度/mm總面積/Mm2

8、應力/MPa總臨界載荷/N板最大應力/MPa桁條最大應力/MPa11.503.202478.00308.68764909.0421.653.102499.00358.00894642.0031.703.002470.00369.47912590.9041.703.402686.00410.001101260.0051.753.002495.00390.00973050.0061.852.902491.00422.491052422.59571.445.72.002.752485.00470.981170380.33528.450.82.002.502350.00440.001034000.00

9、558.505.92.202.502450.00480.001176000.00487.433.21102.302.502500.00564.001410000.00454.450.112.352.452498.00574.801435850.40452.452.122.402.402496.00582.001452672.00454.454.由于總臨界載荷>10e6(N)，總面積<2500mm2，以及最大許用應力為500MPa，所以符合要求的只有方案9-12，當然不斷加厚板的面積可能還有滿意的結果，但對于本文來說，這四種方案已經足夠滿足性能指標。考慮到公益性、可加工性、一致性以及

10、強度的可靠度，本文擬采用方案12.其能滿足強度要求，穩(wěn)定性要求，以及質量要求。下一節(jié)將詳細給出方案12的數值計算結果：3.4 方案12的數值計算結果和分析總結 3.4.1 方案12的屈曲數值計算結果1）屈曲特征值分析第一階模態(tài)云圖如圖3.4.1（a）所示：圖3.4.1（a） 第一階模態(tài)云圖3） 靜力分析米歇斯應力云圖如圖3.4.2（b）所示：圖3.4.2（b）靜力分析米歇斯應力3.4.2分析總結 以上云圖基本說明了該方案滿足性能指標，并且還有相當大的余量，這也是可靠性設計的要求。由屈曲云圖可知，該結構在承受10e6 牛頓的壓力時既沒有發(fā)生局部失穩(wěn)也沒有發(fā)生整體失穩(wěn)。而在承受該載荷時，最大米修斯

11、應力為454MPa，小于500MPa，并有10%的安全裕度。第四章 總結本文對加筋結構的優(yōu)化設計進行了一定的研究，并通過理論和工程的估算預定結構形式，再進行有限元的優(yōu)化設計，取得了較滿意的結果。并最終選擇采用方案12，即：1、均布9根Z型加強筋，尺寸如圖3.1.1所示2、板尺寸為：500mm*500mm3、板和加強筋厚度均為2.4mm。高效能學習的八大學習方法方法一：目 標 激 勵法 成就天才的必備素質就是遠大志向，明確目標，勤奮刻苦，持之以恒，百折不撓。作為一名學生，要想在學習的道路上一路高歌，戰(zhàn)勝各科學習困難，在考試中脫穎而出，就必須樹立遠大的理想，制定明確的學習目標和切實可行的計劃，在日

12、常學習中勤奮苦學，孜孜不倦，持之以恒，面對學習中上的挫折，百折不撓，勇往直前，并掌握一套正確的學習方法，科學合理地安排好自己的時間，只有這樣，才能到達成功的理想彼岸。 方法二：統(tǒng)籌計劃學習法正像建造樓房先要有圖紙，打仗先要有部署一樣，成功有效的學習也必須制定好一套切實可行的計劃。所謂統(tǒng)籌計劃學習法，就是學習者為達到一定的學習目標，根據主客觀條件而制訂學習步驟的一種學習方法。統(tǒng)籌計劃學習法包括四個方面：一是學習目標，二是學習內容，三是時間安排，四是保證落實的措施。只有綜合考慮這四個方面，才能訂出切實可行的規(guī)劃。同時計劃要因人而異，因事而異，并根據執(zhí)行情況，適當及時調整。方法三：興趣引導法使學習興

13、趣化，是獲取成功的特別重要的法則。有的同學雖然很努力地學習，但是卻對學習沒有興趣。凡是這種情況，學習效率都差得很，往往是事倍功半，效率不高。所以，千萬不要只知道積極地去學，光顧著學，傻學，而要想辦法培養(yǎng)自己的興趣。只有將學習積極性轉化為學習興趣之后，你才有可能實現學習效率的飛躍。方法四：高效率學習法 作為學生，誰能夠高效地管理時間，科學地利用時間，抓住時間的脈搏，誰就能創(chuàng)造學業(yè)的成功，成就人生的輝煌。愛時間就是愛生命，愛生命的每一部分。誰把握住時間，誰就擁有一切。時間就是生命?！耙粋€人一生只有三天：昨天、今天和明天。昨天已經過去，永不復返；今天已經和你在一起，但很快就會過去；明天就要到來，但也

14、會消失。抓緊時間吧，一生只有三天！”現在是你們人生的黃金時期，也是學習知識、吸取知識最有效率的時期，你們應善于管理時間珍惜時間，不虛度年華，使生命失去原本的燦爛光彩。方法五：刨根質疑學習法 學習的過程是由一個“無疑有疑解疑無疑”不斷循環(huán)往復的過程。學須善思，思后存疑，疑后問，問后知。所以，我們在日常生活和學習過程中，要善于思考，培養(yǎng)“凡事問一個為什么”的習慣。作為一個學生，我們要善于發(fā)現問題，敢于向權威挑戰(zhàn)，同時又要虛心求教，不恥下問，不懂的問題多問老師，向同學請教。積極參加各種有關學習的交談、討論、學習興趣小組，創(chuàng)設一個與別人交流的良好平臺，合作解決問題。方法六：筆 記 學 習法筆墨學習法又

15、稱筆記法，是利用記筆記學習的一種方法。在日常的讀書、聽課、復習的時候，對有一定價值和意義的材料、知識點、問題迅速及時地標記出來，記下來，然后整理成筆記，這對于鞏固知識，積累材料，提高學習成績都具有十分重要的意義。方法七：全 面 預 習法打無準備的仗必輸，沒有預習的功課一定不會好。要想有一個高效的課堂學習，必須牢牢抓住課前預習這個關鍵環(huán)節(jié)。常言道：“凡事預則立，不預則廢?！薄邦A”，即準備。預習就是在教師講課之前，學生閱讀教材及相關的內容，為新課學習做好必要的知識準備。我們在預習的時候，要大體了解書本內容，思考重點，發(fā)現難點，注意方法，增強預習的主動性、針對性，培養(yǎng)良好的預習習慣。方法八：高 效 聽 課法 一個人的學生時代，大部分的學習時間是在課堂中度過的。在短短的十幾年時間里每個學生幾乎接受和繼承了人類