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拉剪多轴载荷作用下的弹性梁弯曲变形

发布时间:2021-06-15 23:52
  为设计海洋柔性管缆装备多轴加载试验工况,通过建立解析模型和有限元数值模型研究了弹性梁在轴向拉伸载荷与横向多集中载荷共同作用下的弯曲变形,以及拉伸载荷、横向剪力、弯曲刚度等对变形的影响规律,拟合了弹性梁跨中曲率与多轴载荷的近似关系式。结果表明:解析模型结果与有限元结果吻合较好,可见解析模型的正确性。轴向拉力使得跨中区域曲率呈现"凹"形态;梁跨中曲率随拉力增大或剪力减小而迅速减小同时曲率分布更平滑,但随弯曲刚度的下降呈现先增大后减小;拟合的弹性梁跨中曲率与多轴载荷关系式满足工程精度要求。 

【文章来源】:科学技术与工程. 2020,20(32)北大核心

【文章页数】:6 页

【部分图文】:

拉剪多轴载荷作用下的弹性梁弯曲变形


拉剪载荷作用下弹性梁受力变形示意图

弹性,有限元模型,自由度,柔性管道


模型一端节点约束3个平移自由度,另一端仅放松管道轴向自由度和扭转自由度,从而实现两端铰支效果。在一端节点施加x方向集中拉伸力,而后在梁跨特定区域同时施加y方向若干横向集中力。分析采用准静态加载模块,并考虑几何大变形。考虑该有限元数值建模方法的有效性在细长柔性管道整体拉弯组合疲劳试验中得到验证[7],因此可以直接用来对本文提出的理论方法进行对比验证。2.2 对比验证

曲率分布,拉力,挠度,管道


为了消除管道长度变化因素,在数值模型中提取节点弯矩并按照节点在初始位置的坐标进行弯矩分布绘制,进而与理论模型结果对比,如图4所示。可以看出,轴向拉力为0时,管道中间2 m段内曲率恒定,管道处于纯弯曲状态。当施加轴向拉力后,管道弯矩整体下降,说明拉力使得弹性梁弯矩变形减小,尤其在中间2 m段内,曲率分布呈现“凹”形态,横向剪力施加处的曲率极大,而管道中间附近曲率相对平缓。随着轴向拉力线性增大,管道曲率下降幅度逐渐降低,中间曲率越平滑。数值图4 不同拉力下弹性梁弯矩分布结果对比


本文编号:3231943

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