铝格板设计与仿真优化

唐鸿洋，邵倩男，李柏林，张 爽，沈亚超，孙 巍，王东辉

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

铝格板主要应用在石化、造船、电站、工业厂房、锅炉、市政建设及建材等相关行业。

铝格板具有质量轻、易于打扫、通风透光、防止表面腐蚀、可回收利用、安装方便、防滑耐用、外形美观的特点[1]。本文对铝格板进行仿真优化研究。

1 铝格板结构设计

图1 铝格板三维数模

铝格板通常是由长肋、短肋、长短包边组成，铝格板尺寸为1225mm＊1160mm＊30mm，长肋与短肋之间的中心间距为50mm＊50mm，长短肋开槽深度15mm，宽度5mm，铝条厚度为4mm，铝格板包边与长肋、短肋采用焊接方式进行连接，铝格板数模如图1所示。本文设计的铝格板主要起到承载支撑的作用，用于承载人员进行高空作业，为了保证工作人员的安全，则其强度、刚度将是设计研究的重点。

2 铝格板仿真优化分析

图2 4mm厚铝格板应力云图

图3 4mm厚铝格板位移云图

铝格板的合金状态为6061-T6。为确定铝格板设计的合理性，获得铝格板强度及刚度情况，将该类铝格板三维数模在SolidWorks中进行仿真计算[2,3]，求解出铝格板的应力及位移，如图2、图3所示。按工作人员2人计算，工作人员产生的集中力为2000N。

如图2、图3所示，铝格板最大应力值为421.4MPa，铝格板最大变形位移值为2.447mm。根据国家标准YB/T4001.1-2007《钢格栅板及配套件第1部分：钢格栅板》规定，允许最大应力值为150MPa，允许最大位移值为5.80mm，4mm厚铝格板刚度满足国家标准的要求，但是强度较小，不能满足国家标准的要求，故有必要对该款铝格板进行优化研究。

由于厚度为4mm的铝格板强度不能达到国家标准的要求，分别取铝条厚度为5mm、6mm、7mm、8mm的四种优化方案与铝格板原始设计方案，进行优化对比分析[4,5]，铝格板厚度在4mm～6mm之间时对铝格板的强度影响巨大，使应力值从421.4MPa减小到44.83MPa，而在厚度为6mm～8mm之间时，铝格板应力值变化趋势较平缓，此时厚度对强度的影响减弱。

且铝格板厚度在4mm～6mm之间，变形量降低0.848mm，铝格板厚度为6mm～8mm之间，变形量变化仅为0.25mm。

故综上所述，铝格板厚度在4mm～6mm之间对强度、刚度的影响明显，且6mm厚度的铝格板应力值为44.83MPa，远远小于国家标准要求的150MPa，变形位移值为1.599mm，也小于要求的5.8mm，且此方案用料少，节约成本，且力学性能满足要求，综合机械性能最优，故铝格板最优厚度为6mm。

3 结论

按照厂家外形尺寸要求，首先设计出开槽间距50mm，深度15mm的铝格板长肋及短肋，运用有限元分析软件SolidWorks simulation获得厚4mm的铝格板应力值为421.4MPa，不能满足国家标准的要求。设定以厚度为变量的4种优化方案，最后确定厚度为6mm的铝格板设计方案为最优方案，其最大应力值为44.83MPa，最大变形位移值为1.599mm。