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ANSYS在金屬幕墻計(jì)算中的應(yīng)用問題探討

來源:遠(yuǎn)大鋁業(yè)北京二公司  作者:甘旭東  日期:2013-4-3
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  提要:本文介紹了利用ANSYS對(duì)金屬幕墻面板的設(shè)計(jì)計(jì)算,詳細(xì)的說明了建模過程及邊界條件的設(shè)定,并與常規(guī)工程計(jì)算方法結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,拓寬了金屬幕墻的計(jì)算方法,填補(bǔ)了異型金屬板及復(fù)雜邊界條件計(jì)算方法,很好的解決了常規(guī)工程計(jì)算方法中難以判斷的邊界條件及荷載分配問題,為充分發(fā)揮金屬幕墻易造型,美化裝飾提供了力學(xué)理論基礎(chǔ)。
  關(guān)鍵詞:金屬幕墻,加筋鋁板,ANSYS,邊界條件
 

  3.運(yùn)用ANSYS對(duì)加筋鋁板的建模及分析
  3.1應(yīng)用單元介紹
  本模型采用SHELL63單元與BEAM188單元相結(jié)合的形式,其中BEAM188 適用于分析細(xì)長的梁,元素是基于Timoshenko 梁理論的,具有扭切變形效果。SHELL63既具有彎曲能力和又具有膜力,可以承受平面內(nèi)荷載和法向荷載。本例中由SHELL63建立鋁板面板,BEAM188建立鋁板加強(qiáng)筋,實(shí)現(xiàn)了模型的建立。

  3.2模型的建立及邊界條件
  ①鋁板計(jì)算模型
  鋁板為與工程計(jì)算方法相對(duì)應(yīng),采用工程方法選取的對(duì)邊簡支,對(duì)邊固定的力學(xué)模型,其模型圖如圖3.2.1(a)所示。

  ②鋁板加強(qiáng)筋整體模型
  整體建模是由上面所介紹的SHELL63單元與BEAM188單元相結(jié)合的形式, 本例中由SHELL63建立鋁板面板,BEAM188建立鋁板加強(qiáng)筋,采用假設(shè)鋁板與加強(qiáng)筋等強(qiáng)度結(jié)合,荷載由SHELL63傳遞給加強(qiáng)筋,使模型接近實(shí)際的整體受力。這里,加強(qiáng)筋建模時(shí)應(yīng)注意加強(qiáng)筋的形心的調(diào)節(jié),使加強(qiáng)筋的腹板貼到鋁板面板上,以及開啟大撓度計(jì)算、扭切自由度,使之更符合工程模型。鋁板四邊的邊界條件采用的是四邊簡支,其模型如圖3.2.1(b)所示。

  4.兩種計(jì)算方法的歸納和分析
  4.1計(jì)算數(shù)據(jù)的匯總
  根據(jù)以上兩總計(jì)算方式,應(yīng)用此例中的鋁板模型,分別施加不同的荷載Q可以得到,荷載Q與應(yīng)力及撓度分布線性圖表,歸納總結(jié)如下:

  4.2計(jì)算數(shù)據(jù)的匯總
  由4.1節(jié)數(shù)據(jù)對(duì)比可以得到,兩種計(jì)算方法的結(jié)果非常相近,ANSYS與工程算法的鋁板撓度計(jì)算結(jié)果最大相差17%,鋁板強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果最大相差12%,鋁板加強(qiáng)筋撓度計(jì)算結(jié)果最大相差4%,而鋁板加強(qiáng)筋強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果最大相差6%。

  從上述數(shù)據(jù)列表還可以看出,兩種計(jì)算方法的應(yīng)力及撓度上升曲線基本相吻,這可以說明,利用ANSYS使用SHELL63單元與BEAM188單元相結(jié)合的形式來進(jìn)行鋁板面板及其加強(qiáng)筋的強(qiáng)度和撓度,與工程計(jì)算方法相符。

  4.3工程實(shí)例
  現(xiàn)本公司很多異型鋁板都是應(yīng)用此方法進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)證,下面列出上海在建工程,虹橋SOHO斜向鋁板飄帶的ANSYS模型圖,及計(jì)算結(jié)果以作參考。

  5.結(jié)束語
  本文應(yīng)用ANSYS對(duì)工程計(jì)算中較為成熟的平面加筋鋁板進(jìn)行建模分析,并與常規(guī)工程計(jì)算方法進(jìn)行比較,探討運(yùn)用ANSYS對(duì)金屬幕墻進(jìn)行計(jì)算的可行性,希望以此例為基礎(chǔ),為異型鋁板,如折邊加筋面板、異型折彎面板、曲面加筋面板等等難以用工程計(jì)算方法進(jìn)行校核的模型,可選用ANSYS進(jìn)行校核,加強(qiáng)工程的安全性。

  參考文獻(xiàn)
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  [3] 催德剛,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)手冊 北京:航空工業(yè)出版社,1996.6
  [4] 田健,邱國俊,李成值,吳敬東,材料力學(xué) 北京:中國石化出版社2007.4【完】

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