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玻璃平面舞台的受力有限元分析
1工程介绍
某露天大型玻璃平面舞台的钢结构如图1所示,每个分格(图2中每个最小
的矩形即为一个分格)x方向尺寸为1m,y方向尺寸为1m;分格的列数(x向
分格)=0×10+5+5=10,分格的行数(y向分格)=1+4=5,列数为10,行数为5。
钢结构的主梁为高160宽100厚14的方钢管;次梁为直径60厚10的圆钢
管(单位为毫米),材料均为碳素结构钢Q235;该结构固定支撑点位于左右两端
主梁和最中间(如不是正处于X方向正中间,偏X坐标小处布置)的次梁的两
端。玻璃采用四点支撑与钢结构连接(采用四点支撑表明垂直作用于玻璃平面的
面载荷将传递作用于玻璃所在钢结构分格四周的节点处,表现为点载荷;对在垂
直于玻璃平面方向的4KN/m2的面载荷(包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷
(人员与演出器械载荷、风载荷等)作用下的舞台进行有限元分析(每分格面载
荷对于每一支撑点的载荷可等效于1KN的点载荷)。
2有限元分析
本次建模采用Solidworks2009进行,有限元分析采用workbench13.0软件进
行。
问题描述:固定支撑点位于左右两端主梁和最中间的次梁的两端,共6个节
点。而对在垂直于玻璃平面方向的4KN/m2的面载荷(包括玻璃自重、钢结构
自重、活载荷(人员与演出器械载荷、风载荷等)作用下的舞台进行有限元分析
(每分格面载荷对于每一支撑点的载荷可等效于1KN的点载荷)。
共611=66个节点,分析时,为了更加贴近实际情况,可以将每个节点看
成是一个直径为70mm的圆面。舞台4个角点的4个节点相当于受压强为
2,而舞台周边的26个节点相当于受压强为
1000(704)MPa=0.26MPa
20.26MPa=0.52MPa,舞台中间的36个节点相当于受压强为
40.26MPa=1.04MPa。
有限元参数的设定,最后分析:(1)该结构每个支座的支座反力;(2)该结
构节点的最大位移及其所在位置;(3)对该结构中最危险单元进行强度校核。
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2.1建模
采用solidworks进行建模,严格按照课题要求的尺寸进行建模。下图1所示
为玻璃平面舞台三维模型图,下图2所示玻璃平面舞台内部结构图。
图1玻璃平面舞台三维模型
图2玻璃平面舞台内部结构
2.2导入模型
由于Solidworks与Workbench通过数据接口可以进行可以进行图形数据交
换使得数据共享。建成的玻璃平面舞台结构图保存为X_T格式文件,在
Workbench中执行GeometryReplaceGeometryBrowse,选择将X_T文件导入软
件workbench中,Geometry中可见玻璃平面舞台的三维模型,如下图3所示为
导入后的三维模型。
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图3Workbench中的三维模型
2.3定义材料属性
由于该结构材料均为碳素结构钢Q235,则软件中的杨氏模量设置为
210GPa,泊松比设置为0.3,如下图4所示。
图4材料的属性
2.4划分网格
本结构采用PatchConformingMethod四面体的网格,ElementSize(单元的
尺寸)设置为100mm,划分后,得出节点数为161856单元数为83286如图5所
示,划分后的结果如图6所示。
图5节点数和单元数
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