大型钢结构飞机库大门风载力有限元分析方法研究.pdf

大型钢结构飞机库大门风载カ
有限元分析方法研究
陈旭华陈学军兵总成阳机电产品制造公司
摘要:通过有限元分析软件 Ansys,考虑实际受力情况特点,利用有限元分析方法处理大型钢结构机库大门在风载作用
下的変变形和结构应力问题,验证钢结构的可靠性,达到在满足使用要求的同时优化结构设计的目的。
关键词:有限元方法;风压;机库大门
Abstract: Considering the actural stress by the Ansys,, using the FEM to handle the distortion and the structural stress of the
large steel structure hanger door under the wind pressure, verify the reliability of steel structure, to meet the requirements while
optimizing the structural design
Key Words: finite element method(PEM), wind pressure, hanger door
概述
机库大门是飞机维修库的重要组成部分,机库
大门结构的可靠性直接关系到用户的工作效率和
BRI
BRI
安全生产,是飞机维修工作的前提保障。因此,结构
BI
的可靠性决定了机库大门的设备质量和厂家的企
CI
业信誉。
本文通过对大型钢结构大门在风载下的有限
元分析,探讨接近于实际工况的风载力加载方式,
BRI
验证大门结构的可靠性和合理性。
2计算实例
工程概况:北京某工程飞机库钢结构大门,总
体尺寸为高20m,宽110m,厚0.5m。大门共分6扇,
日1大门结构骨架
单扇门尺寸为高20m,宽18.4m,厚0.5m。每个门扇
表1结构构件尺寸
单位
mm
上部装有两个上导滚,下部装有电动驱动系统。6扇
名称
面尺寸
大门在三条轨道中独立行驶,大门设计寿命50年,
B1(梁)
500x200X6x10
抗地震设防等级8级。
C1(柱)
500×200×6x10
3有限元建模
C2
500x260x8x12
大门钢结构骨架如图1所示。
C3
300x500x8x16
构件尺寸见表1。
BRI
Φ102x4
299
37
Boors d Widows
大门骨架是由各H型梁组焊而成,梁桂节点认
风压高度变化系数
为是刚性连接。在 Ansys中通过设定材料的特性,弹
一一基本风压,kNmn2。
性模量2.1×1°MPa,泊松比0.3,材料密度7.85t/m3,
按照GB50009-2001《建筑结构荷载规范》,查
来模拟钢材的脾号Q235B。因为模型属于典型的细表得北京地区50年一遇基本风压为0.45kN/m3,按
长式结构,所以在建模时采用带中间节点的使用位置的实际情况,确定使用位置为B类(即田
Beam189号梁单元进行模拟。Beam189单元适合于野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城
分析从细长到中等粗短的梁结构,该单元基于铁木市郊区)。各系数随高度变化情况见表1。
辛哥梁结构理论,并考虑了剪切变形的影响。
表1风载系数随高度变化表
Beam189是三维线性(3节点)或者二次梁单元。每个
离地面高廢
节点有六个或者七个自由度,除了节点坐标系x
系数名称
5m
Iom
15m
20m
2方向的平动和绕x、y、2轴的转动外,还可定义第
1.88
1.78
l.72
l.69
七个自由度,即横截面的翘曲。另外Beam189单元
1.00
1.00
.]4
可通过 Ansys中内置的对普通常见截面的尺寸定义
外面
+0.8
0.8
+0,8
0.8
功能,直接给定各梁柱的截面大小,因此,在计算得
内面
0.2
-0.2
0.2
出结果后,即可修改不合适的聚柱尺す,进行三次しa、AAao68106650mos5
计算。所以,这个单元非常适合线性、大角度转动和
非线性大应变问题り
由于机库属于围护结构,大门所受风压为单向
所建立的机库大门有限元模型见图2。
风载,因此o的大小取单面数据+0.8。
由表1可以看出,大门所受风载力随着高度的
增加而呈逐渐增大的趋势,为了真实的模拟实际情
况下的风载情况,将大门按照高度以每5m划分为4
个区域,每个区域的风载标准值分别进行计算。为
了增加大『门钢结构的安全系数,每个区域的风载系
数取值按照此区域的高度上限为标准。则每个区域
所承受的风压大小为风载荷标准值ok与区域面积
的乘积。风压是通过覆在门体上的板材传递到大
钢结构的,而在 Ansys中,有限元的受力是以线载荷
的方式进行加载,再将风压转换成结构上每根梁柱
所受的线载荷,其计算方法为:区域风压值/此区域
梁柱长度总和。另外,大门本体的重量通过软件设定
密度和重力加速度直接进行加载,大门板材及其他附
件的重量相对于钢结构来说,可忽略不计
图2机库大门空间有限元模型
经计算得:0m~5m处风压线荷载值为731Nm
4风载模拟
5m~l0m为1218Nm,10m~15m为1342Nm,15m~20m
荷载情况:大门要求承受50年一遇风载,按照为1446Nm。将所得的数据加载到模型上,并按照实
GB50009~-2001《建筑结构荷载规范》,对于围护结际情况,在大门下部安装驱动部分约束垂直方向(Y
构而言,风荷载标准值应按公式(1)计算。
向)及正面方向(Z向),在大门上部安装导滚部分约束
小kラMlno
(1)正面方向(Z向)。坐标方向及约束位置表示为图3
式中
5计算结果
k一风荷载标准值,kNm2;
图4表示大门沿风载方向的(Z向)位移,最大
6。一高度z处的阵风系数;
位移发生在大门中部,最大向后(Z方向)位移
以一-风荷载体型系数;
50.275mm。
38
2011.09
万方数据