4G63發(fā)動機曲軸設(shè)計及有限元分析【說明書+CAD】,說明書+CAD,4G63發(fā)動機曲軸設(shè)計及有限元分析【說明書+CAD】,g63,發(fā)動機,曲軸,設(shè)計,有限元分析,說明書,仿單,cad 對半剛性連接鋼架的非線性有限元分析 王新武，洛陽理工學(xué)院 摘要：在實踐中連接鋼框架實際顯示半剛性變形，可以大大促進結(jié)構(gòu)的整體性能和生產(chǎn)力布局。所以研究半剛性連接鋼框架性能是非常必要的?？紤]材料組織，幾何和材料非線性，剛度，矩陣方程，提出并分析鋼考慮半剛性程度，幾何非線性和材料非線性相框方案已在Fortran編譯這個文件。使用此方案半剛性連接架二維非線性有限元程序能得到正確執(zhí)行。內(nèi)力和半剛性連接鋼框架水平位移進行計算后，對其承載能力進行討論，分析結(jié)果與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的產(chǎn)品進行相比，對結(jié)構(gòu)的極限強度分析后，消除了崩潰特征與塑性鉸的出現(xiàn)，它是對半剛性連接鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計提出合理建議。最后，本文分析了頂點的搖晃與在鋼框架內(nèi)力的頂點關(guān)節(jié)活動影響，從而得到結(jié)論。 關(guān)鍵詞：鋼框架，半剛性節(jié)點，塑性鉸，非線性分析，有限元 1. 介紹 梁柱連接是一個鋼框架的整體結(jié)構(gòu)，并且他們的行為影響了它在載荷下的總體表現(xiàn)。在1994年的北嶺地震期間鋼焊接的脆弱性在強大的循環(huán)載荷下被徹底的證實了。從那以后，大量的連接已經(jīng)為高分辨率地震區(qū)的鋼框架提出了改造和新設(shè)計。在那些提議中大多都是那些有高強度的螺栓。那些連接類型提供了諸如低花費，簡單切方便的安裝程序以及好的控制質(zhì)量等一些優(yōu)點，因為field-welding是在惡劣環(huán)境中最不受歡迎的連接。許多研究已經(jīng)致力于鋼結(jié)構(gòu)框架的非線性彈性分析，正如文章《Attallaet》,《Chen et al》，《Galambos》中所著。在這些文中，諸多分析方法包括二階響應(yīng)，半剛性連接和材料的非線性等都被引用在內(nèi)。 2 鋼架的非線性影響 2.1 半剛性連接鋼架剛度的非線性的影響 （1）梁柱連接的分析模型 當(dāng)半剛性連接被用于梁的末端，在鋼架的分析中有較強剛度的扳手彈簧便取代了梁柱連接，如圖1： 圖1 半剛性連接的構(gòu)件的結(jié)構(gòu) 在圖1中, θAθB是梁端關(guān)節(jié)區(qū)角度的正切，θRAθRB梁和柱相關(guān)的角度。彈簧的剛度是通過連接的M-θR的關(guān)系確定的。在過去，許多M-θR連接的關(guān)系都是通過許多半剛性連接的測試而確定的，就像文章《Chen et al》中提到的一樣。為了方便的應(yīng)用，M-θR的關(guān)系模型應(yīng)該選擇的精確、簡單并且直接，因此，在《Kishi-Chen》這篇文章中函數(shù)M-θR 模型的選擇方法如公式（1） （2）半剛性連接部件的剛度矩陣 當(dāng)導(dǎo)出半剛性連接構(gòu)件的剛度矩陣的時候，梁末端的角度僅僅伴隨著忽視位移而被考慮。梁兩末端的彈簧的剛度分別是RA 、RB ，θ1=θA+θRA , θ2=θB+θRB ,A、B之間的距離為L，所以，這個結(jié)果定義如下： 彈簧： 由公式（1）---(4),MA和MB 分別為 其中， 由此可得，當(dāng)RA 、 RB 均趨于無窮大時，連接的剛度是剛性的。 當(dāng)考慮梁末端的相對位移時，構(gòu)件兩末端的軸向位移分別為u1和u2 ，部件末端的橫向位移分別為v1和v2 ，因此： 構(gòu)件末端軸向應(yīng)力： 構(gòu)件末端力矩： 構(gòu)件末端剪應(yīng)力： 由公式（2）--(13),半剛性連接構(gòu)件的結(jié)構(gòu)剛度矩陣是由公式（14）而導(dǎo)出的： 2.2 半剛性連接鋼架的幾何非線性影響 二階效應(yīng)包括橫向位移關(guān)于垂直力的影響（P-△）和構(gòu)件撓度關(guān)于軸向力的影響（P-δ）。結(jié)構(gòu)的變形將會帶來附加內(nèi)力，同時這個附加內(nèi)力也會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，就這樣不斷地重復(fù)。二階效應(yīng)一直以來對鋼架的穩(wěn)定性造成不利的影響。尤其是對于那些有很多層次和那些抗側(cè)剛度不足的鋼架，他的影響是更顯而易見的。 當(dāng)鋼架是由計算機考慮二階效應(yīng)的時候，幾何剛度矩陣應(yīng)該結(jié)合在單元剛度矩陣中Gallagher和Padlog提出了如下的一個幾何剛度矩陣： 其中，P為構(gòu)件的軸向應(yīng)力，當(dāng)軸向應(yīng)力是拉應(yīng)力時，P為正值。 這個單元剛度矩陣考慮半剛性連接和二階效應(yīng)為： 2.3 半剛性連接鋼架的非線性材料的影響 為了簡單地進行鋼架分析，它規(guī)定所用材料限制在塑料材料類的構(gòu)件的屈服區(qū)域。換句話說，所用材料的所有截面都含有雙線性的理想的力矩—曲率的彈塑性關(guān)系。當(dāng)截面的力矩低于塑料材料截面的力矩MP時，截面就表現(xiàn)除了彈性的特性。一旦截面的力矩超出了塑料材料截面的力矩，塑性鉸就會起作用并且更多的力矩將不會被截面提供。當(dāng)結(jié)構(gòu)必須承受被帶來的更多載荷的時候，它規(guī)定截面力矩要等于常數(shù)塑料材料的力矩MP .那樣，鉸接的旋轉(zhuǎn)就產(chǎn)生了。 帶有塑料鉸的梁柱的構(gòu)件末端載荷增量的關(guān)系如下面的公式16所示： 3 計算實例 3.1 計算程序 鋼架的分析程序考慮到半剛性連接，幾何非線性和材料非線性已經(jīng)被編譯于《公式翻譯語言》這本書中。這個程序包括一些子程序。一個是半剛性連接構(gòu)件的單元剛度矩陣，在承受載荷的時候，矩陣中的每一個因素都應(yīng)該根據(jù)所選擇的連接的M-θR 的關(guān)系而改變；另一個是幾何剛度矩陣，主要考慮由于橫向位移關(guān)于垂直力的影響（P-△）導(dǎo)致每一個單元的內(nèi)應(yīng)力和位移的變化。這個矩陣應(yīng)該以每一次載荷增加之后鋼架的變形為基礎(chǔ)，一步一步的變化。幾何剛度矩陣考慮到半剛性連接的特性，并且隨著連接的剛度而改變。，同時，塑性鉸接理論也用于這個程序，構(gòu)件末端力矩和塑性力矩作比較，一旦截面力矩超出了這個塑性力矩，塑性鉸接便產(chǎn)生了。構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力就重新分配了。 3.2 計算實例 用上面的程序，分析一個有兩個跨度和四個趁此的鋼架。圖3—6中包含了載荷的分布，單元節(jié)點的分布和力矩及一些其他因素的分布。《Kishi-Chen》中M-θR的關(guān)系模型被采用來模擬連接的特性，并且這個連接類型是頂--座和網(wǎng)格角度的連接。 表格一 鋼架的物理參數(shù) 圖三：單元和節(jié)點的分布 圖四：載荷的分布 圖五：鋼架的力矩 圖六：半剛性鋼架的力矩和二階效應(yīng) 表格二 內(nèi)應(yīng)力和位移的比較 由表格二，可以看出，半剛性連接的梁跨中力矩比剛性連接的梁跨中的力量舉要更大。半剛性連接兩末端的力矩通常要比剛性連接的梁末端的力矩小一些?？紤]到半剛性連接和二階效應(yīng)，柱底端和鋼架的邊緣的力矩會明顯的增加。那是因為半剛性連接消弱了梁末端的限制并同時擴大了二階效應(yīng)對鋼架的影響。在程序的計算過程中，二階效應(yīng)和半剛性連接都被考慮在內(nèi)，橫向應(yīng)力H和連接的類型是相關(guān)的。但是，在設(shè)計代碼計算時，橫向應(yīng)力Hmi被假設(shè)為根據(jù)剛性連接柱底端的旋轉(zhuǎn)角度的1/200。Hmi要跟大一些，并且不能夠正確地反映二階效應(yīng)，因此，鋼架的邊緣和內(nèi)應(yīng)力很少用于設(shè)計代碼。 二階效應(yīng)的程度隨著半剛性連接的改變而改變。當(dāng)連接的剛度變小的時候，鋼架的邊緣會更重。 4結(jié)論 半剛性連接的梁跨中的力矩比剛性連接的梁跨中的力矩要大一些。半剛性連接梁末端的力矩通常要比剛性連接梁末端的力矩要小一些?？紤]到半剛性連接和二階效應(yīng)，鋼架柱底端和鋼架的邊緣的力矩會明顯的增加。二階效應(yīng)的程度是隨著半剛性連接的改變而改變的。當(dāng)連接的剛度變小的時候，鋼架的邊緣會更重。