基于SolidWorks Simulation鋼結構梁的有限元分析

李傳軍

摘 要：以跨距10m的鋼結構梁為研究對象，采用SolidWorks 結構構件完成三維模型，采用SolidWorks Simulation有限元分析軟件進行有限元分析，確定鋼結構梁的變形量、安全系數、應力和位移的變化情況。

關鍵詞：小型鋼結構梁、有限元、變形量、安全系數、應力和位移

0 前言

鋼結構梁結構簡單，應用范圍廣，有必要鋼結構梁進行受力分析，獲取其變形量、應力、安全系數、位移分布規律，確定最大應力、應變位置，合理設計鋼結構梁。

1 鋼結構梁的主要參數

以跨距10m的鋼結構梁為例，主體結構選用矩形管100*50*3.5

支撐矩形管選用50*30*2.6

通過對三維繪圖軟件SolidWorks的二次開發，在其中成功嵌入了SolidWorks simulation有限元分析插件，將SolidWorks的模型直接導入simulation中。

2.框架梁的計算依據

（1）力學參數

材料的屈服強度 σ=220mpa

（2）計算數據

a.鋼結構梁實際跨距10.44米，根據鋼結構設計規范

鋼結構梁在自重的作用下，最大允許撓度值為L/400=10440/400=26.1mm>9.5mm（計算值） 所以安全。

b.起拱值不大于：L/300=10440/300=34.8mm，參照一般鋼結構起拱，一般在桁架結構中常見，跨度小于25m時要求起拱L/300。即：10440/500=34.8mm，取起拱值35mm。

c.根據風載荷標準值公式：wk=βzusuzW0=1*1.3*0.74*0.4=0.385Kpa

當地的基本風壓0.4Kpa 。。

由于是鋼結構梁且跨度為10.44m，風壓對鋼結構梁造成的壓力遠遠小于框架自重，所以，此鋼結構梁只考慮自重。

（3）分析步驟

利用SolidWorks simulation框架梁進行新建算例分析。

a.計算框架梁結構構件的結點組

b.添加固定幾何體

c.添加自身重力

d.生成網格簡化模型，由于鋼結構梁總長度為12900mm，本身不是很長，所以劃分密度應稍細致一些，便于分析如圖1。

3.計算結果及其分析

（1）鋼結構梁應力分析如圖2（放大接近2300倍的示意圖）；

圖中所示鋼結構梁運行的最大的應力強度為8mpa，而材料的屈服強度為235mpa

（2）鋼結構梁線位移分析如圖3（放大接近2300倍示意圖）；

鋼結構梁線位移為0.5574mm

（3）安全系數情況如圖4；

經分析鋼結構梁的最小安全系數為27.55

4.結果分析

通過SolidWorks simulation有限元分析鋼結構梁的應力情況，可以迅速的確定在該工作狀況下主軸的應力分布情況、線位移情況，通過與材料屈服強度的比較，可以快速的判斷鋼結構梁是否處于危險狀況。計算分析結果與鋼結構梁選材與應用狀況吻合度高，與材料力學性能分析相符。

5.結語

運用SolidWorks simulation有限元對鋼結構梁進行三維建模與分析，可以確定鋼結構梁最佳方案，確定其最佳選材，使材料得到更好的利用。節約成本，降本提效。通過分析得到的數據結果與實際狀態相吻合。

對鋼結構梁進行SolidWorks simulation有限元分析是非常有必要的，應在以后的設計中多增加 SolidWorks simulation有限元分析，實現更好的降本提效。

參考文獻：

[1]趙根田，孫德發.鋼結構. 機械工業出版社，2012.9 .

[2]劉鴻文.材料力學第四版. 高等教育出版社2007.12.