钢架组合应力分析

●高菁媛 赵继涛 朱富佳 王 涛 王 洁

一、引言

本文用理论计算、实验研究以及ANSYS 仿真模拟的方法，对静定钢架和超静定钢架结构进行受力分析，总结出钢架的受力特点，并提出优化方案。

二、钢架结构设计

图1、图2 中的连接方式为铰接。其中三个铰接点所受的力大小都是200N 如图1，放下竖直向下，短杆及竖直长度100mm，斜杠长度144mm。

图1

图2

三、ANSYS 模型建立

利用ANSYS 建立仿真静定、超静定钢架模型如图3、图4。

图3

图4

四、实验测试与数据分析

根据实验设计的模型搭载实验模型，调试XL2118A 静态电阻应变仪，记录电测法实验结果，将静定、超静定的理论计算与模拟应力和实验测试的结果进行分析如下图5、图6：

图5

图6

（一）静定钢架组合设计受力情况整体分析

图7

可以清楚地发现这三种分析方法中，电测实验测得的结果因为实验中存在多种影响实验结果的因素，导致实验法测得的结果与平均值的差距最大；理论计算和ANSYS 模拟得到的柱状图与平均值的柱状图的误差差不多，所以对于静定钢结构理论计算和ANSYS 模拟比电测实验所得到的结果更精确。

（二）超静定钢架组合设计整体分析

图8

通过观察图7 和图8 可以得到总体上仍然是理论计算所得到的结果与平均值最接近。而且ANSYS 模拟的准确性高于电测实验低于理论计算。图8 都可以观察到8 号杆件的三组研究数据波动最大，1 号杆件的三组研究数据最为接近。ANSYS 模拟研究所得到的数据除了8 号杆件与平均值的相差较大，其他的杆件内力与平均内力大致相等。

五、钢架组合结构优化设计

根据判定出的变形分布情况可对桁架结构进行优化改进，对变形小的杆件使用低强度材料，或者减小杆件截面尺寸，节省材料用量，而变形较大的杆件使用高强度材料是结构更加稳定，这样可使结构既能保持稳定又可以节约资金，从而达到既安全又经济的目的。如对变形较大的地方增加约束，使结构在受载荷时能够保证更加稳定。