预紧力作用下的薄壁结构屈曲稳定性分析
发布时间：2021-02-25 22:43
本文以某弹性加载系统中的薄壁结构为分析对象,通过理论分析及有限元仿真相结合的方式计算薄壁结构受压状态下的屈曲失稳临界载荷,有限元仿真结果与理论解析计算基本一致。在屈曲分析的基础上计算薄壁结构两侧的最小预紧力,通过有限元仿真进一步验证了预紧力对屈曲稳定性的影响。仿真结果表明,预紧后的薄壁结构承载能力明显提高,证明了预紧方案及最小预紧力计算方法的正确性,屈曲分析计算及预紧方案在工程应用上具有实用性及借鉴意义。
【文章来源】：计量与测试技术. 2019,46(06)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
弹性加载系统中的薄壁结构应用现场取薄壁结构参与变形的有效尺寸长度L=
并联布置，取单片薄壁结构为研究对象，BB'处与AA'处固定，OO'处装有支撑轴承及轴承座，该薄壁结构在正常工作状态下厚度h方向为弹性支撑，长度L方向为刚性支撑。图1弹性加载系统中的薄壁结构应用现场取薄壁结构参与变形的有效尺寸长度L=436mm，宽度b=100mm，厚度h=2mm。薄壁结构厚度及宽度方向受载较小，在本文中不考虑。OO'截面法向(长度方向)受到较大的加载力Fo(图2a)，工作中按预定载荷谱施加。对于BB'侧表现为受拉，AA'侧表现为受压(图2b)。图2薄壁结构两侧固定工装状态薄壁结构的受压侧(OO－AA')容易引起屈曲失稳，从而导致该侧结构突然失去承载能力。在脉动加载工况下，拉伸侧(BB'－OO')反复承受突变的拉应力，容易引发结构疲劳及设备冲击振动，这对于测控系统的数据采集精度及设备稳定性影响较大。在设计阶段对薄壁结构进行屈曲稳定性分析计算，一般能及时发现并解决这一问题。(2)临界弯曲载荷计算以薄壁结构受压侧为分析对象，受力分析如图2(b)所示，应用等截面均匀小变形压杆稳定性Eul-er公式，求受压侧弹性临界弯曲载荷:Fc=π2EI(μl)2(3)式中:E—材料弹性模量，Pa;I—截面惯性矩，mm4;μ—长度因数，取值如表1所示;l—长度，mm。表1长度因数约束条件长度因数μ两端铰支=1两端固定=0.5一端固定、另一端自由=2一端固定、另一端铰支≈0.7如图2b所示，分析模型一端固定，一端自由，取μ=2，结合取值E=205Gpa，I=bh3/12和l=L/2，代入式(3)得受压侧临界弯曲载荷:Fc=π2×205×109?
睾纱?715N时，结构在厚度方向扭动，打破原有的平衡状态，发生稳定性失效。若继续加大外载荷达6463N时，第1阶平衡状态被打破，跳到另一个平衡状态，屈曲位移云图如图3b所示，结构在厚度方向扭动加剧，结构承载能力急剧下降。2薄壁结构预紧力计算及屈曲分析验证2.1最小预紧力计算为了提高薄壁结构的承载能力，根据弹性加载系统的工况需要，在薄壁结构两侧通过张紧机构施加预紧拉力Fb和Fa(Fb=Fa)(见图4a)，此时仍取受压侧作为分析对象，受力分析如图4b所示。图4薄壁结构预紧工作状态假设受压侧在某时刻即将引起第1阶屈曲失稳，此时受压侧压力Fo/2、预紧力Fa与第1阶临界弯曲载荷Fc三者满足以下关系:Fc=Fo/2－Fa(6)该弹性加载系统的最大加载力Fmax=6.25kN，代入式(6)计算得受压侧即将发生第1阶屈曲失稳所需的最小预紧力:Fa=Fmax/2－Fc=6.25/2kN－0.715kN=2.41kN(7)2.2屈曲分析验证为了进一步验证预紧力对薄壁结构屈曲稳定性的影响，也进一步验证上文对薄壁结构预紧力解析计算的正确性，应用ANSYS有限元分析软件对预紧力作用下的薄壁结构进行屈曲分析。仍取薄壁结构受压侧作为分析对象，设置边界条件，最小预紧力2.41kN，加载力Fo/2=Fmax/2=3.125kN。导出前4阶屈曲位移云图(图5)，按式5计算得到前4阶临界载荷(表3)。图5预紧状态前4阶屈曲位移云图表3预紧状态前4阶临界弯曲载荷阶数1阶2阶3阶4阶临界载荷/kN3.2128.9881.41107.76由图5及表3可知，添加最小预紧力后，薄壁结构受压侧前4
【参考文献】：
期刊论文
[1]某乘用车后背门屈曲稳定性分析及优化[J]. 刘俊红,刘丹,袁夏丽. 汽车实用技术. 2019(03)
[2]薄壁型方管立柱局部稳定性分析[J]. 何帆,于家洋,田常录. 机械制造与自动化. 2018(04)
[3]薄壁硬壳式圆筒结构的屈曲分析[J]. 王骁峰,段毅,袁锐之. 兵器装备工程学报. 2018(07)
[4]矩形薄板屈曲分析的高阶有限条传递矩阵法[J]. 葛威延,何斌,安逸,刘冬梅. 应用力学学报. 2018(03)
[5]张力下的板形屈曲临界载荷和宽度分析[J]. 戴杰涛,李烈军,戴文笠,张祖江. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(09)
[6]薄壁箱型结构仿真与实验稳定性分析[J]. 陈玉振,陈亚峰. 电子机械工程. 2013(05)
[7]基于ANSYS Workbench变截面压杆屈曲分析方法[J]. 闵加丰,阚伟良,朱海清. 锻压装备与制造技术. 2012(04)
本文编号：3051688
【文章来源】：计量与测试技术. 2019,46(06)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
弹性加载系统中的薄壁结构应用现场取薄壁结构参与变形的有效尺寸长度L=
并联布置，取单片薄壁结构为研究对象，BB'处与AA'处固定，OO'处装有支撑轴承及轴承座，该薄壁结构在正常工作状态下厚度h方向为弹性支撑，长度L方向为刚性支撑。图1弹性加载系统中的薄壁结构应用现场取薄壁结构参与变形的有效尺寸长度L=436mm，宽度b=100mm，厚度h=2mm。薄壁结构厚度及宽度方向受载较小，在本文中不考虑。OO'截面法向(长度方向)受到较大的加载力Fo(图2a)，工作中按预定载荷谱施加。对于BB'侧表现为受拉，AA'侧表现为受压(图2b)。图2薄壁结构两侧固定工装状态薄壁结构的受压侧(OO－AA')容易引起屈曲失稳，从而导致该侧结构突然失去承载能力。在脉动加载工况下，拉伸侧(BB'－OO')反复承受突变的拉应力，容易引发结构疲劳及设备冲击振动，这对于测控系统的数据采集精度及设备稳定性影响较大。在设计阶段对薄壁结构进行屈曲稳定性分析计算，一般能及时发现并解决这一问题。(2)临界弯曲载荷计算以薄壁结构受压侧为分析对象，受力分析如图2(b)所示，应用等截面均匀小变形压杆稳定性Eul-er公式，求受压侧弹性临界弯曲载荷:Fc=π2EI(μl)2(3)式中:E—材料弹性模量，Pa;I—截面惯性矩，mm4;μ—长度因数，取值如表1所示;l—长度，mm。表1长度因数约束条件长度因数μ两端铰支=1两端固定=0.5一端固定、另一端自由=2一端固定、另一端铰支≈0.7如图2b所示，分析模型一端固定，一端自由，取μ=2，结合取值E=205Gpa，I=bh3/12和l=L/2，代入式(3)得受压侧临界弯曲载荷:Fc=π2×205×109?
睾纱?715N时，结构在厚度方向扭动，打破原有的平衡状态，发生稳定性失效。若继续加大外载荷达6463N时，第1阶平衡状态被打破，跳到另一个平衡状态，屈曲位移云图如图3b所示，结构在厚度方向扭动加剧，结构承载能力急剧下降。2薄壁结构预紧力计算及屈曲分析验证2.1最小预紧力计算为了提高薄壁结构的承载能力，根据弹性加载系统的工况需要，在薄壁结构两侧通过张紧机构施加预紧拉力Fb和Fa(Fb=Fa)(见图4a)，此时仍取受压侧作为分析对象，受力分析如图4b所示。图4薄壁结构预紧工作状态假设受压侧在某时刻即将引起第1阶屈曲失稳，此时受压侧压力Fo/2、预紧力Fa与第1阶临界弯曲载荷Fc三者满足以下关系:Fc=Fo/2－Fa(6)该弹性加载系统的最大加载力Fmax=6.25kN，代入式(6)计算得受压侧即将发生第1阶屈曲失稳所需的最小预紧力:Fa=Fmax/2－Fc=6.25/2kN－0.715kN=2.41kN(7)2.2屈曲分析验证为了进一步验证预紧力对薄壁结构屈曲稳定性的影响，也进一步验证上文对薄壁结构预紧力解析计算的正确性，应用ANSYS有限元分析软件对预紧力作用下的薄壁结构进行屈曲分析。仍取薄壁结构受压侧作为分析对象，设置边界条件，最小预紧力2.41kN，加载力Fo/2=Fmax/2=3.125kN。导出前4阶屈曲位移云图(图5)，按式5计算得到前4阶临界载荷(表3)。图5预紧状态前4阶屈曲位移云图表3预紧状态前4阶临界弯曲载荷阶数1阶2阶3阶4阶临界载荷/kN3.2128.9881.41107.76由图5及表3可知，添加最小预紧力后，薄壁结构受压侧前4
【参考文献】：
期刊论文
[1]某乘用车后背门屈曲稳定性分析及优化[J]. 刘俊红,刘丹,袁夏丽. 汽车实用技术. 2019(03)
[2]薄壁型方管立柱局部稳定性分析[J]. 何帆,于家洋,田常录. 机械制造与自动化. 2018(04)
[3]薄壁硬壳式圆筒结构的屈曲分析[J]. 王骁峰,段毅,袁锐之. 兵器装备工程学报. 2018(07)
[4]矩形薄板屈曲分析的高阶有限条传递矩阵法[J]. 葛威延,何斌,安逸,刘冬梅. 应用力学学报. 2018(03)
[5]张力下的板形屈曲临界载荷和宽度分析[J]. 戴杰涛,李烈军,戴文笠,张祖江. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(09)
[6]薄壁箱型结构仿真与实验稳定性分析[J]. 陈玉振,陈亚峰. 电子机械工程. 2013(05)
[7]基于ANSYS Workbench变截面压杆屈曲分析方法[J]. 闵加丰,阚伟良,朱海清. 锻压装备与制造技术. 2012(04)
本文编号：3051688
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