椭圆板加固方案设计.docx

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椭圆板加固方案设计

椭圆板加固方案设计

目录

1.概述1

1.1.题目简介1

1.2.题目分析2

1.3.设计方案2

1.4.完成方式2

2.有限元计算1

3.结果分析9

附录A计算结果10

附录B建模命令流10

1.概述

1.1.题目简介

根据题目要求，对如下椭圆板模型进行加固方案设计：

•板厚

；

•长轴

；

•短轴

；

•弹性模量

MPa；

•泊松比

；

已知对该椭圆板模型四周刚固，加载1MPa的面力，其最大挠度为6.886mm。

现根据要求对该板进行加固，使其达到挠度减小一半的目的，即挠度不大于3.0mm。

椭圆板模型如图1.1所示。

图1.1椭圆板示意图

1.2.题目分析

理论分析可知，四周刚固的情况下，施加面力后，椭圆中心点挠度最大，由变形连续性可知，短轴端点处转角最大，故固端弯矩及应力也最大。

所以我们初步认为，沿短轴布置加强筋可以起到最优效果。

1.3.设计方案

由上述分析，我们选取了如下7种加固方式进行对比验证：

（1）增加板厚；

（2）沿长轴方向布置1根角钢；

（3）在短轴两侧均匀布置角钢；

（4）在短轴两侧布置少量角钢；

（5）沿短轴方向布置1根扁钢；

（6）沿短轴方向布置1根角钢；

（7）沿短轴方向布置1根T型材。

1.4.完成方式

ANSYS命令流建模（相关命令流文件参看附件）。

2.有限元计算

2.1.加固方案

经过多次试算，并更改板厚参数，最终得到如下7种满足题目要求，即最大挠度不大于3.0mm的加固方案。

2.1.1.方案1：

增加板厚

板厚增加为13.3mm，网格采取映射方式剖分，如图2.1所示。

图2.1方案1：

增加板厚

2.1.2.方案2：

沿长轴方向布置1根角钢

沿长轴布置一根等边角钢，尺寸为

。

网格采取映射方式剖分，如图2.2所示。

图2.2方案2：

沿长轴方向布置1根角钢

2.1.3.方案3：

在短轴两侧均匀布置角钢

沿椭圆钢横向均匀设置9根等边角钢，尺寸为

。

网格采取自由剖分，如图2.3所示。

图2.3方案3：

在短轴两侧均匀布置角钢

2.1.4.方案4：

在短轴两侧布置少量角钢

在短轴两侧加5根均匀角钢，间距100mm，尺寸为

。

网格采取自由剖分，局部进行细化，如图2.4所示。

图2.4方案4：

在短轴两侧布置少量角钢

2.1.5.方案5：

沿短轴方向布置1根扁钢

沿椭圆钢短轴放置一根扁钢，尺寸为

。

网格采取映射剖分，如图2.5所示。

图2.5方案5：

沿短轴方向布置1根扁钢

2.1.6.方案6：

沿短轴方向布置1根角钢

沿椭圆钢短轴放置一根等边角钢，尺寸为

。

网格采取映射剖分，如图2.6所示。

图2.6方案6：

沿短轴方向布置1根角钢

2.1.7.方案7：

沿短轴方向布置1根T型材

沿椭圆钢短轴放置一根T型材，尺寸为

。

网格采取映射剖分，如图2.7所示。

图2.7方案7：

沿短轴方向布置1根T型材

2.2.结果分析

各方案有限元计算结果，应力应变云图参见附录，如下表2.1所示为结果对比。

表2.1结果对比

加固方式

位移（mm）

应力（MPa）

增加重量（kg）

原椭圆板

6.901

909.126

0

增加板厚

2.933

514.270

10.16

沿长轴方向布置1根角钢

2.948

631.853

6.44

在短轴两侧均匀布置角钢

2.962

650.191

4.26

在短轴两侧布置少量角钢

2.919

650.191

2.27

沿短轴方向布置1根扁钢

2.960

1351.000

0.71

沿短轴方向布置1根角钢

3.002

675.571

2.13

沿短轴方向布置1根T型材

2.975

803.864

1.51

3.结论

由表2.1所示计算结果及附录相关应力应变云图可知，采用沿短轴方向布置1根扁钢的方法，增加的重量最小，为0.706kg；而采用增加板厚的方法，增加的重量最大。

同时可以看出，增加板厚及加角钢明显降低了最大应力，而沿短轴加一根扁钢极大的增加了最大应力。

从节约材料，又减小应力两方面综合考虑，我们最终得出如下结论：

沿短轴方向布置1根T型材为最优方案！

附录计算结果

图A.1增加板厚位移云图

图A.2增加板厚应力云图

图A.3沿长轴方向布置1根角钢位移云图

图A.4沿长轴方向布置1根角钢应力云图

图A.5在短轴两侧均匀布置角钢位移云图

图A.6在短轴两侧均匀布置角钢应力云图

图A.7在短轴两侧布置少量角钢位移云图

图A.8在短轴两侧布置少量角钢应力云图

图A.9沿短轴方向布置1根扁钢位移云图

图A.10沿短轴方向布置1根扁钢应力云图

图A.11沿短轴方向布置1根角钢位移云图

图A.12沿短轴方向布置1根角钢应力云图

图A.13沿短轴方向布置1根T型材位移云图

图A.13沿短轴方向布置1根T型材应力云图