【iSolver案例分享72】正交異性鋼橋面板在車輛載荷下承載性能分析

1.引言：

iSolver為一個完全自主的面向工程應(yīng)用的通用結(jié)構(gòu)有限元軟件，對標Nastran、Ansys、Abaqus設(shè)計和實現(xiàn)，具備結(jié)構(gòu)有限元常用分析類型和單元、材料、載荷等基礎(chǔ)算法組件，精度和Abaqus一致。本文以正交異性板承載分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結(jié)果進行對比。

2.模型背景：

正交異性板即正交異性鋼橋面板，是用縱橫向互相垂直的加勁肋（縱肋和橫肋）連同橋面蓋板所組成的共同承受車輪荷載的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由于其剛度在互相垂直的二個方向上有所不同，造成構(gòu)造上的各向異性。制造時，全橋分成若干節(jié)段在工廠組拼，吊裝后在橋上進行節(jié)段間的工地連接。通常所有縱向角焊縫(縱向肋和縱隔板等)貫通，橫隔板與縱向焊縫、縱肋下翼緣相交處切割成弧形缺口與其避開。鋼橋面板作為主梁的上翼緣，同時又直接承受車輛的輪載作用，在焊縫交叉處設(shè)弧形缺口，其構(gòu)造細節(jié)很復(fù)雜。當(dāng)車輛通過時，輪載在各部件上產(chǎn)生的應(yīng)力，以及在各部件交叉處產(chǎn)生的局部應(yīng)力和變形也非常復(fù)雜，所以鋼橋面板的靜載以及疲勞問題是設(shè)計考慮的重點之一。

本例子選取了正交異性鋼橋面板的一個節(jié)段，建立了其有限元模型。并且根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》設(shè)置了輪胎加載面積取為實際輪胎接地面積200×600mm，車輛軸重選取為30t并且分布在四個輪胎上，每個輪胎承載約75000N。

3.建模：

進入isolver軟件前處理界面，首先創(chuàng)建part，點擊part，之后點擊create，建立一個名字為bridge的part：

再來建立點，點擊node，之后點擊create，出現(xiàn)如下所示頁面。

依次以輸入節(jié)點坐標、點擊apply的循環(huán)方式完成(-500,50,0)、(-500,0,0)、(500,50,0)、(500,0,0)、(400,0,0)、(450,0,0)、(350,-400,0)、(400,-450,0)、(-400,0,0)、(-450,0,0)、(-350,-400,0)、(-400,-450,0)節(jié)點的建立，建立之后的頁面如下：

節(jié)點建立完成后，點擊element，再點擊create beam by polyline，通過1 2 3 4 6 5 8 7 1節(jié)點建立多段線1，通過7 8 10 9 5 6 11 12 7節(jié)點建立多段線2，如下所示。

再點擊element，點擊create shell by polygon，將單元尺寸改為20，通過多段線建立面。

接著將做好的面網(wǎng)格拉伸為體網(wǎng)格，在element中點擊extrude，在type中選擇planar element to solid，將面網(wǎng)格拉伸為體網(wǎng)格，參數(shù)選擇為每層20，拉伸50層的方式進行拉伸。

之后再將單個模塊移動復(fù)制為正交異性鋼橋面板階段子模型，點擊element，再點擊translate，框選所有單元之后在x方向平移距離填寫1000，重復(fù)次數(shù)填寫3。建立正交異性鋼橋面板階段子模型。

之后設(shè)置Q355B材料屬性，材料屬性需要輸入密度、泊松比、彈性模量如下：

之后再設(shè)置截面屬性為固態(tài)均質(zhì)，材料設(shè)置為Q355B。

再給所有單元賦截面屬性，如圖所示。

再在裝配中建立實例，組裝模型。

之后建立靜載分析步。

為了方便約束和加載，將輪胎接觸區(qū)域的200×600mm范圍內(nèi)的節(jié)點作為一個set，將支撐部分也作為一個set。

為了模擬簡支梁的支撐效果，將一側(cè)的節(jié)點x，y，z，rotx，rotz約束，另一側(cè)節(jié)點的y，z，rotx，rotz進行約束。

根據(jù)節(jié)點數(shù)量計算得到每個節(jié)點上需要加載245N的載荷。

之后建立工況，進行計算。

4.結(jié)果對比

isolver中結(jié)果如下所示，最大位移為5.340mm，最大應(yīng)力為63.61MPa，最大支反力為14470N。

abaqus中結(jié)果如下所示，最大位移為5.340mm，最大應(yīng)力為63.61MPa，最大支反力為14470N。

  

由以上結(jié)果云圖分析可知，iSolver和abaqus兩個求解器對同一模型分析的結(jié)果同一性較好，正交異性鋼橋面板在車輛載荷下應(yīng)力和位移結(jié)果對應(yīng)完全一致。

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