1、Nanjing University of Aeronautics & Astronautics工程结构分析应用Question NO. 考题三工程结构分析应用作业薄壁加筋结构设计NameStudent No.CollegeProfessio nEmailAddressMobile NO.-13 -摘要薄壁加筋结构是航空、造船以及土木工程领域内广泛使用的一 种结构构件形式 ， 而其自身的结构特点决定其稳定性能时设计的首 要指标 ， 除此之外 ， 强度和质量要求也是本文重要的设计指标 。
本 文利用大型通用的有限元软件 PATRAF设计了一种薄壁加筋结构 ，较好的满足了问题要求的性能指标 。
关键字：数值模拟 屈曲 。

2、分析 薄壁加筋 结构设计目录摘要1.第一章薄壁加筋结构的理论基础3.1.1薄板的临界失稳载荷计算 31.2薄壁杆的局部失稳和总体失稳 41.3加筋结构的稳定性分析理论 4第二章加筋结构设计要求及思路简介5.2.1加筋结构设计要求 52.2结构设计思路 52.2.1设计要求分析 52.2.2屈曲分析理论估算 52.3分析总结 6第三章薄壁加筋结构数值模拟及结果分析 7.3.1初步确定模型73.2建立模型73.3结果分析83.4方案12的数值计算结果和分析总结 93.4.1方案12的屈曲数值计算结果 93.4.2分析总结 10第四章总结1.Q第一章薄壁加筋结构的理论基础1.1薄板的临界失稳载荷计算 。

【薄壁|薄壁加筋结构设计】3、如下图1.1.1所示 ， 一方板在X轴方向受均匀拉应力。
的作用 ， 为简要起见, 仅给出理论公式及其边界条件 ， 推导过程省略 。
图1.1.1薄板受力示意图以下给出K值的取值及其边界条件支持情况系数k值四边简支1.0X106 N2、 结构的受载边长不得小于 500mm,结构的长度大于500mm3、材料弹性模量为 70000 N/mm2密度为2.8X 10-6 kg/mm34、受压结构在压缩载荷作用下不许出现总体失稳和局部失稳5、结构的许用应力小于500MPa6、结构重量3.5时 ， 该临界载荷参考性较低 ， 故本文只给出以下几种厚度板的临界随加紧数量的 变化：100090080070060050040030020 。

4、01000288101212t=l-t=2Y-t=2.5-*-t=3Fig 2.2.1板的临界载荷随厚度和加筋数量的影响2.3分析总结有图可知 ， 选定板的厚度为 22.5左右的范围是可靠的 ， 加筋为9-10根 ， 临界应力在300-500MPa之间 。
加筋形式初选为L型和Z型（如下图2.2.2所示） ， 和壁板用铆钉连接 ，共同承压 。
Fig 2.2.2 左为L型 ， 右为 Z型第三章薄壁加筋结构数值模拟及结果分析3.1初步确定模型：在初步的数值模拟中 ， 发现L型的抗屈曲性能明显弱于 Z型 ， 所以选择抗屈曲稳定性胶高的Z型桁条 。
预置加筋数量为9根 ， 相关结构如图3.1.1所示：图3.1.1结构示意图3.2建立模型由于该 。

5、结构为薄壁加筋结构 ， 故采用2D的SHELL单元来模拟薄板和桁条 。
共使用19089 个节点以及20600个单元 。
在薄板三边设置简支边界条件 ， 即限定三个方向位移 .另一边仅限 制X和Z方向位移 ， 加载1为丫向压力为1MPa ， 加载2为10e6/S（MPa）,其中S为该结构 的截面积 。
模型如下图3.2.1所示：图3.2.1 有限元模型工况一：丫向压力为1（ MPa）工况一：丫向压力为10e6/S（ MPa）3.3结果分析在第一章中我们已经预估了薄板t的范围 ， 所以在该范围内不断改变t的大小以及桁条的 厚度 ， 分别进行工况一线性屈曲特征值分析 （选取第一阶模态）与工况二线性静态分析（选 取米歇斯应力最大值）下 。

6、的数值模拟 ， 得到计算结果如下图：万案板厚/mm桁条厚度/mm总面积/Mm2应力/MPa总临界载荷/N板最大应力/MPa桁条最大应 力 /MPa11.503.202478.00308.68764909.0421.653.102499.00358.00894642.0031.703.002470.00369.47912590.9041.703.402686.00410.001101260.0051.753.002495.00390.00973050.0061.852.902491.00422.491052422.59571.445.72.002.752485.00470.981170380.335 。

7、28.450.82.002.502350.00440.001034000.00558.505.92.202.502450.00480.001176000.00487.433.21102.302.502500.00564.001410000.00454.450.112.352.452498.00574.801435850.40452.452.122.402.402496.00582.001452672.00454.454.由于总临界载荷10e6（N） ， 总面积2500mm2 ， 以及最大许用应力为500MPa,所以符合 要求的只有方案9-12 ， 当然不断加厚板的面积可能还有满意的结果 ， 但对于本文来说 ， 这 。

8、 四种方案已经足够满足性能指标 。
考虑到公益性、可加工性、一致性以及强度的可靠度 ， 本文拟采用方案12.其能满足强度要求 ， 稳定性要求 ， 以及质量要求 。
下一节将详细给出方案12的数值计算结果：3.4方案12的数值计算结果和分析总结3.4.1 ( a)所示:3.4.1方案12的屈曲数值计算结果1)屈曲特征值分析第一阶模态云图如图13-Ma-l 2 20:1029L A20:Mode 1 : Factor = 582. Eigenwctors. Translational. Magnitude. (NON-LAYERED)图3.4.1( a)第一阶模态云图3)静力分析米歇斯应力云图如图3.4.2 (b)所 。

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标题：薄壁|薄壁加筋结构设计