開(kāi)孔洞板的受力性能分析

1、開(kāi)孔洞板的受力性能分析摘要：本文對(duì)開(kāi)圓孔板在彈性范圍內(nèi)受力性能進(jìn)行了分析。鑒于試驗(yàn)的局限性與數(shù)值技術(shù)的發(fā)展，本文應(yīng)用大型有限元分析軟件建立模型。對(duì)開(kāi)孔半徑和板厚度這兩個(gè)因素對(duì)板承載力性能的影響進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：平板開(kāi)孔彈性有限元Abstract：Thispaperanalysesthefunctionofthehole-plateintheelasticfield,Inthecaseofthelimitofexpeminentandthedevelopmentofelement,Basedontheelementmodel,Thispaperanalysedthefunctionofhole-

2、platethetwofactors,whicharetheradiusoftheholeandthethicknessoftheplatekeywords：plateholeelastictityelement1 .弓I言近幾年來(lái)，開(kāi)孔的構(gòu)件在工程上得到廣泛的應(yīng)用。如：鋼結(jié)構(gòu)中的蜂窩構(gòu)件，就是使梁、柱的腹板上形成不同形狀的孔洞。這些孔洞減輕結(jié)構(gòu)的自重、提高了構(gòu)件的承載力同時(shí)又能穿管線，并且造型比一般的鋼構(gòu)件美觀。有些削弱型節(jié)點(diǎn)也采用在梁腹板上開(kāi)孔使得腹板得到削弱，塑性較向節(jié)點(diǎn)域的外側(cè)移動(dòng)從而有效保護(hù)了節(jié)點(diǎn)域，降低了節(jié)點(diǎn)發(fā)生的脆性破壞的可能性。還有剪力墻上開(kāi)的不同形狀的洞口等。這些問(wèn)題都能歸結(jié)

3、為開(kāi)孔平板的受力性能這一問(wèn)題上來(lái)。雖然這些問(wèn)題在實(shí)際中都有一定的處理方法，但是，大部分都是在生產(chǎn)實(shí)際中積累的經(jīng)驗(yàn)，卻沒(méi)有系統(tǒng)的理論分析作依據(jù)。本文的目的就是為了從彈性理論上系統(tǒng)地對(duì)這一類問(wèn)題系統(tǒng)地分析。2 .究?jī)?nèi)容及方法1）本文采用有限元方法分析開(kāi)孔板的彈性受力性能。2）根據(jù)研究的問(wèn)題的特性，抽象出具體的模型并且確定邊界條件以及加載條件。3）以圓孔的半徑以及板的厚度為主要參數(shù)對(duì)板件受力性能的影響為主要研究方向，建立不同孔徑、厚度的模型。用有限元軟件對(duì)每個(gè)構(gòu)件作具體的分析。3 .材料及模型本文建立模型（見(jiàn)圖3-1）,所用的鋼材為Q235型號(hào)的鋼板，彈性模量，泊松比。取。圖3-1板模型圖圖3-2單

4、元網(wǎng)格劃分本文研究的模型板在力學(xué)上反對(duì)稱，取構(gòu)件的1/4為研究對(duì)象。單元的模型采用4節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元，用有限元軟件（SWEEP命令對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分（見(jiàn)圖3-2）o邊界條件是根據(jù)反對(duì)稱的條件，在模型的下邊限制X方向的位移；在模型左邊限制Y方向的位移。加載方式是把剪應(yīng)力轉(zhuǎn)化成集中力分散的作用在模型上邊和右邊面上的節(jié)點(diǎn)上。為了更詳細(xì)的研究參數(shù)變化對(duì)模型受力性能的影響，本文建立了不同參數(shù)的模型。4 .模型分析參數(shù)取不同數(shù)值時(shí)，利用ANSYS勺路徑功能求出的各個(gè)模型在荷載作用下的應(yīng)力關(guān)系。積分路徑是與水平呈度角的傾斜直線。TS-1-TS-4模型對(duì)孔徑R的變化對(duì)構(gòu)件正應(yīng)力和剪應(yīng)力的影響進(jìn)行了分析。451）總

5、體上可以看，四種模型都是在圓孔邊緣出現(xiàn)應(yīng)力最值;2）延橫軸正向，剪應(yīng)力最大值叢左向右呈降低趨勢(shì)，并且從四種模型性比較得出，隨著開(kāi)孔的增大，曲線趨于平緩，這證明了孔徑越小應(yīng)力集中現(xiàn)象就越明顯，應(yīng)力集中因子的值就越大；3）與一般的板受力性能不同，開(kāi)孔的板不能只考慮剪應(yīng)力的影響，正應(yīng)力在局部區(qū)域的值遠(yuǎn)超過(guò)剪應(yīng)力的值，所以受純剪切作用開(kāi)孔的板要考慮正應(yīng)力的影響。4）剪應(yīng)力最值出現(xiàn)在孔徑邊緣，與水平呈角，也是積分路徑的方向。X方向應(yīng)力則出現(xiàn)在與水平成角稍有偏離的位置。5、結(jié)論綜合上面對(duì)各組模型的分析可知：1）純剪切作用下的開(kāi)圓孔的板應(yīng)力的最值出現(xiàn)在板邊緣，這與復(fù)變函數(shù)理論1相符，同時(shí)也驗(yàn)證了復(fù)變函數(shù)理論的正確性。從表格3-2的統(tǒng)計(jì)數(shù)字可看出在開(kāi)孔半徑鎖定在0.0225m的情況下，厚度變化對(duì)板的應(yīng)力分布影響情況。厚度增加時(shí)差值與加載值之比也增加，但是在范圍0.005nT0.012m內(nèi)增加的明顯，大于0.012m后開(kāi)始出現(xiàn)收斂。且峰值不超過(guò)加載應(yīng)力的L9倍;2）隨著板孔徑的增大，板邊緣的應(yīng)力值也隨之增大極值出現(xiàn)在板邊緣水平方向成角的位置。參考文獻(xiàn)：1范天佑，斷裂理論基礎(chǔ).科學(xué)出版社，2003作者簡(jiǎn)介：徐士？I