1、 專業(yè)知識分享版摘 要：應用ANSYS軟件建立了地鐵隔斷門門扇面板的結構模型，并對其進行有限元分析，通過面板的應力分析及各點位移的結果確定面板的厚度，對面板的應力和厚度加以優(yōu)化，從而解決該產(chǎn)品中直接受力件的結構和強度問題。關鍵詞：地鐵隔斷門；有限元分析；優(yōu)化；ANSYS 地下鐵道平時是城市的地下交通干線，各個車站、區(qū)間隧道相互連通，通車運營；戰(zhàn)時可作為城市人民防空的疏散干道和人員掩蔽部。為避免戰(zhàn)時一個車站人防功能的喪失而影響其它車站防護功能的發(fā)揮，需要在車站之間的隧道中設置能夠雙向分別承受沖擊波載荷的隔斷門。我們主要對隔斷門門扇面板進行ANSYS的分析與優(yōu)化。 1 有限元軟件ANSYS簡介 A

2、NSYS軟件是美國一家公司開發(fā)的功能強大的有限元計算軟件，為實際工程中解決復雜的理論計算提供了非常有用的工具1。ANSYS軟件基于有限元理論，應用非常廣泛，它具有強大的前處理、求解和后處理功能，其內(nèi)容涵蓋結構、熱、流體、電磁、聲學和爆破等各方面。目前廣泛的應用于航天、航空、汽車、船舶、鐵路、交通、電子、機械制造、地質礦產(chǎn)、水利水電、石油化工、煤炭核能、生物醫(yī)學、土木工程、家用產(chǎn)品以及科學研究等領域。與美國加州大學開發(fā)SAP系列有限元程序相比，ANSYA提供了更豐富的單元庫：前置處理和后處理模塊具有更友好的人機交換界面。ANSYS作為廣泛應用的優(yōu)秀的有限元軟件，把有限元數(shù)值分析技術和CAD、CA

3、E、CAM等圖形處理有機的結合在一起，ANSYS除了發(fā)展多種與CAD直接轉換的接口以外，同時使自己的輸出文件格式通用化和標準化。ANSYS自帶的編程語言APDL，是一種參數(shù)化描述語言，可方便地對結構的單元類型，幾何拓撲、材料屬性、邊界條件及求解類型等信息進行參數(shù)化修改。可供用戶以ANSYS為平臺，進行二次開發(fā)，是強有力的計算工具，用戶也可以在CAD中建模，然后通過ANSYS和CAD接口傳入模型進行計算，也可以在ANSYS以用戶界面利用菜單建模，輸入初始數(shù)據(jù)，進行計算和查看計算結果。 2 地鐵隔斷門門扇面板的有限元分析2.1 Ansys9.0的分析步驟 Ansys9.0具有強大的前處理模塊，分析

4、計算模塊和后處理模塊，其中前處理模塊包括設置單元類型、設置實常數(shù)、定義材料屬性、創(chuàng)建模型和劃分網(wǎng)格，分析計算模塊是創(chuàng)建好的模型進行幾何約束、加載荷求解，然后用后處理模塊來顯示模型的應力、變形等。以下我們就根據(jù)有限元的分析步驟完成地鐵隔斷門面板的變形和應力分析。2.2 門扇結構及相應尺寸和參數(shù) 某地鐵防護門門扇采用梁板門結構，根據(jù)隧道孔洞形狀，門扇呈四邊形。門扇總體采用鋼結構2。梁格選用工字梁，呈井字形分布，內(nèi)外各焊接一塊面板，以承受內(nèi)外兩側的載荷，同時減輕門的總體重量。制造時可將梁和板分開制作，然后進行裝配。門扇總高5260mm，總寬3120mm，門扇內(nèi)部工字鋼為井字分布，X向4根，間距623

5、mm，為主梁；Y向9根，間距526mm，為輔梁。 門扇周邊選用槽鋼，共四根，形狀與公路隧道的孔洞形狀相匹配，呈矩形。門扇面板形狀也為矩形，但比槽鋼尺寸內(nèi)縮了10mm。根據(jù)實際應用情況，門扇的工字鋼、槽鋼與面板的材料選用16錳鋼，相關參數(shù)見表1： 門扇總重=工字鋼重量+槽鋼重量+面板重量+閉鎖、復位機構重量，總重約10噸。2.3 面板的有限元模型建立和分析 (1)面板有限元模型4 由于面板被焊接在梁格上，其支承情況實際上為雙向連續(xù)板，根據(jù)研究，面板的中間區(qū)格在均布載荷作用下，因其在各支承邊上的傾向角都接近于零，為簡化計算，故可當作四邊固定板計算?？紤]到加工方便，各區(qū)格面板的厚度選擇相等，因此可考

6、慮以單個梁格作為面板的計算模型。單個梁格大小為623mm×526mm，建模時，直接創(chuàng)建一個矩形作為面板的有限元模型。然后在單元類型中選擇shell 63，在實常數(shù)中輸入面板厚度，材料屬性中定義材料的彈性模量和泊松比，并保存輸入的數(shù)據(jù)。最后利用Meshtool將單元劃分為15×15的網(wǎng)格，如圖1所示。 (2)面板有限元模型幾何約束 面板的四邊都與工字鋼固結，則其X,Y,Z方向的移動和轉動自由度均被限制。在Solution中，將約束施加在單元的四條邊上，并且限制了所有的自由度。 (3)面板有限元模型載荷約束 面板上均布載荷為q=60KN/m2。選擇Pressure，將均布載荷施

7、加于面板上。 (4)面板有限元求解 選擇Solve求解有限元單元。取厚度分別為15mm，18mm，20mm三種面板模型進行分析計算。求解之后，利用ANSYS的后處理器，顯示面板的應力和位移情況。 三種面板應力與位移的分析結果見表2： 三種面板的應力與位移圖見圖2-圖9。 (5)結果分析 從ANSYS分析結果看，最大應力發(fā)生在長邊中點處，隨著面板厚度的增加，面板所受的應力和變形依次減小。20mm面板與15mm面板相比，最大應力減少了將近一半。從工況4的計算結果來看，當載荷增加到設計載荷的3.5倍時，面板跨中部分才逐漸進入彈塑性階段。這說明面板在設計載荷作用下，強度還有很大的富裕。因此，通過分析結

8、果可以看出，該地鐵隔斷門的面板選擇15mm及15mm以上的厚度，其強度都是符合要求的。但隨著面板厚度的增加，門扇總體厚度和重量都會增加很多，所以，面板的選擇應結合門扇整體設計，在滿足設計要求的情況下，面板不宜太厚。綜合考慮，厚度在15mm-20mm之間比較合適。 3 結論 通過分析可以看出，在利用ANSYS9.0有限元軟件對門扇進行強度分析時，能否準確建立有限元計算模型，直接關系到分析的結果，并最終直接影響到設計的產(chǎn)品。如前面所述，面板被焊接在井字梁架上，因此面板可以折算成工字鋼翼緣的一部分。在建立有限元分析模型時，關鍵問題在于面板參與工字鋼工作，折算成工字鋼翼緣的長度是多少。這個問題本文沒有進行相關的分析計算，我們借鑒國內(nèi)鋼結構、水工閘門領域的相關研究，并通過對幾種不同有限元模型的分析結果進行比較，認為面板折算工字鋼翼緣長度取23倍工字鋼翼緣長比較適中。 基于ANSYS9.0的