●高菁媛 趙繼濤 朱富佳 王 濤 王 潔

一、引言

本文用理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)研究以及ANSYS 仿真模擬的方法，對(duì)靜定鋼架和超靜定鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，總結(jié)出鋼架的受力特點(diǎn)，并提出優(yōu)化方案。

二、鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1、圖2 中的連接方式為鉸接。其中三個(gè)鉸接點(diǎn)所受的力大小都是200N 如圖1，放下豎直向下，短桿及豎直長(zhǎng)度100mm，斜杠長(zhǎng)度144mm。

圖1

圖2

三、ANSYS 模型建立

利用ANSYS 建立仿真靜定、超靜定鋼架模型如圖3、圖4。

圖3

圖4

四、實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的模型搭載實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停{(diào)試XL2118A 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，記錄電測(cè)法實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將靜定、超靜定的理論計(jì)算與模擬應(yīng)力和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行分析如下圖5、圖6：

圖5

圖6

（一）靜定鋼架組合設(shè)計(jì)受力情況整體分析

圖7

可以清楚地發(fā)現(xiàn)這三種分析方法中，電測(cè)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中存在多種影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)法測(cè)得的結(jié)果與平均值的差距最大；理論計(jì)算和ANSYS 模擬得到的柱狀圖與平均值的柱狀圖的誤差差不多，所以對(duì)于靜定鋼結(jié)構(gòu)理論計(jì)算和ANSYS 模擬比電測(cè)實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)果更精確。

（二）超靜定鋼架組合設(shè)計(jì)整體分析

圖8

通過觀察圖7 和圖8 可以得到總體上仍然是理論計(jì)算所得到的結(jié)果與平均值最接近。而且ANSYS 模擬的準(zhǔn)確性高于電測(cè)實(shí)驗(yàn)低于理論計(jì)算。圖8 都可以觀察到8 號(hào)桿件的三組研究數(shù)據(jù)波動(dòng)最大，1 號(hào)桿件的三組研究數(shù)據(jù)最為接近。ANSYS 模擬研究所得到的數(shù)據(jù)除了8 號(hào)桿件與平均值的相差較大，其他的桿件內(nèi)力與平均內(nèi)力大致相等。

五、鋼架組合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)判定出的變形分布情況可對(duì)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)變形小的桿件使用低強(qiáng)度材料，或者減小桿件截面尺寸，節(jié)省材料用量，而變形較大的桿件使用高強(qiáng)度材料是結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，這樣可使結(jié)構(gòu)既能保持穩(wěn)定又可以節(jié)約資金，從而達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。如對(duì)變形較大的地方增加約束，使結(jié)構(gòu)在受載荷時(shí)能夠保證更加穩(wěn)定。