鋼架
關注創建者：010101 創建時間：2021-01-04
鋼架的視頻教程
ANSYS-WorkBench教程 橋梁系統的有限元仿真（第一彈）
其中包含了：梁結構的剪力圖、彎矩圖的繪制（復雜邊界條件的設置）；橋梁加固螺栓的強度校核（螺栓載荷的加載，判斷螺栓屈服與否）；雙片式單跨/多跨橋梁的模態分析（預應力下的模態分析）；帶橋墩的橋梁鋼架結構的諧響應分析；橋梁鋼架結構在模擬地震波下瞬態響應分析。
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鋼架的實例教程
以鋼架為例，如果使用拓撲優化，鋼架內部中空，在削減材料時，系統無法識別鋼架的表面，不能單單削減壁厚，得出的結果一般無法符合要求，即便符合要求對于鋼架的生產加工也會困難很多。
結合鋼材特點，壁厚可作為參數進行更改，不同壁厚的鋼材組成的鋼架剛度不同。確定好鋼架的外形尺寸后使用直接優化（Direct Optimization），以壁厚為輸入參數，固有頻率為輸出參數，得出不同壁厚下鋼架的固有頻率，優選出符合要求的壁厚值。
先對鋼架進行模態分析，將第一階模態的固有頻率設置為輸出參數。
退出模態分析，添加直接優化，將Direct Optimization拖入Parameters Pet。
雙擊Parameters Pet可以看到輸入參數（三種鋼材的壁厚）P1、P2、P3和輸出參數（第一階模態頻率）P4。
雙擊B2進入直接優化，對輸入參數P1、P2、P3進行設置，將三個參數的范圍分別設置為4到0.5。
將第一階模態設置優化目標。
展開 鋼架結構計算及加固方案分析 ￥15
<p class="ql-align-justify"> 本項目是一臺設備鋼架的結構復核和加固計算，鋼架加固的難點在于，1、<span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(64, 64, 64);">老舊鋼架因改造或損傷導致原有傳力路徑改變，需通過有限元模型（FEM）逆向推演。2、實際支座（如鉸接、滑動支座）與理論假設不符，可能引發應力集中或失穩。3、梁柱節點因加固板焊接的失效，導致剛度突變，可能引發脆性破壞。基于以上特點，鋼架結構加固的本質是“在約束條件下重構力學平衡”，需綜合計算精度、施工工藝、成本控制的矛盾。</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(64, 64, 64);"> 以下為本項目案例，對加固措施的結果驗算</span></p><p>1、 結構設計信息</p><p>結構類型：無側移鋼框架</p><p>設計分析軟件：midas Gen</p><p>設計規范：</p><p>1. 《建筑荷載設計規范》（GB 50009）</p><p>2. 《鋼結構設計標準》（GB 50017）</p><p>3.
展開 meshfree-diaoju.rar
問題來源
本次分析來源于實際工程問題，駕駛室吊具鋼架的工作原理如圖1所示，原吊具由繩索吊拉進行轉運，由于駕駛室轉運工藝變更，新設計吊具鋼架改為掛鉤固定，需對新設計的吊具鋼架進行強度分析并提出改進建議。MeshFree可以節省大量的有限元建模時間，快速對鋼架的結構強度進行分析判斷，找到結構薄弱環節進行相應改進，對改進方案的有效性進行評估。
無網格劃分仿真技術是近期的一個熱點，其特點是簡單快捷、操作容易上手快，對操作人員的理論知識要求較低，且集合了拓撲優化功能，特別適用于產品設計的初期階段，促進了CAE和CAD技術的融合，減少了CAE工程師一些簡單重復的工作，能提高效率，加快產品設計流程。筆者前期還對類似軟件SimSolid進行過體驗試用，此次同時運用MeshFree和SimSolid對本問題進行分析，并將結果進行對比。
操作和分析過程
1、導入三維和選取材料
MeshFree的操作較為簡單智能，導入三維后，軟件會根據零級間隙自動分析創建接觸連接關系，而這在一般的有限元分析軟件中往往是耗費時間精力較多的，對初學者是一個難點，SimSolid也有類似自動創建接觸功能，正所謂英雄所見略同，這個功能很好，特別適合于焊接關系較多的零件或總成。
MeshFree界面直觀簡潔，流程清晰，軟件漢化程度高，筆者覺得這點優于SimSolid。按照軟件的操作流程，整體導入三維和自動創建接觸后，便是設置材料，此處不詳述。在這一步，筆者發現材料庫還支持設置非線性材料的定義，軟件應該能支持材料非線性分析，這個功能待筆者日后體驗。
2、設置邊界、載荷，運行分析
接下來的重點是“分析條件”步驟。
展開 某項目袋除塵器鋼架和灰斗經結構鑒定和荷載分析后提出局部增強與補強思路（適用于局部強度或剛度不足）
針對鋼架局部增加鋼板或型鋼加強筋
適用對象：主要針對鋼架梁柱的局部變形或應力集中區域。
具體做法：對于鋼架的梁、柱，可在其翼緣或腹板處焊接角鋼、槽鋼等作為加強筋，形成“桁架”或“框架”效應，有效提高抗彎和抗扭剛度。
優點：針對性強，施工相對簡單快捷。
缺點：可能增加少量重量，需注意焊接工藝防止產生新的應力集中。
針對灰斗增設掛板或內部支撐
灰斗的掉落往往是由于灰斗板與灰斗梁之間的角焊縫焊接不牢固或長期運行后有脫焊現象，使灰斗無法承擔設計盛灰量，從而發生事故。而灰斗掛板正是為了增加灰斗板與灰斗梁焊縫強度的作用，往往是進行改造（特別是電改袋）常用的灰斗加固方式。
適用對象：大尺寸灰斗側板鼓脹、鋼架局部失穩。
具體做法：在灰斗內部兩個對立側板之間焊接型鋼（如工字鋼、H型鋼）作為水平或豎向支撐桿，將板面承受的荷載轉化為支撐桿的軸向力
優點：能有效抑制板面變形，提高穩定性，效果顯著。
缺點：可能對灰料流動產生輕微影響，需注意防磨和防積灰設計。
（1）鋼支架加固
由于除塵器鋼支架的橫梁、縱梁及柱間斜撐的選型均為20#工字鋼，經計算第一層5.7m長橫梁的應力比超限、第二層橫梁的長細比超限，因此需要對該兩層橫梁（20#工字鋼）進行加固計算。
圖1 20#工字鋼加固方案
第一層5.7m長橫梁的組合應力比為1.17，原20#工字鋼的強軸慣性矩Iy= 23686112mm4，Wx=236861mm3，加固后強軸抗彎模量Wx需大于236861×1.17=277127mm3。
展開 為進一步驗證iSolver在復雜荷載條件下的分析能力，本文將使用iSolver對十字形連接的鋼架結構進行反向循環載荷分析，并與Abaqus的計算結果進行對比，驗證其計算精度和穩定性。
二 算例描述
本算例研究的是一個十字形連接的鋼架結構，目標是計算該結構在一對反向循環載荷下的力學響應。反向循環荷載在許多實際工程中具有廣泛的應用，如橋梁、管道連接以及結構抗震分析等。十字形連接的鋼架結構在受到反向循環載荷時，其變形、應力和疲勞性能尤為關鍵。因此，準確預測其在這種荷載作用下的行為對工程設計具有重要意義。通過這一分析，我們不僅可以評估iSolver在復雜載荷下的表現，還能為今后的多荷載條件下的結構分析提供參考。
1導入準備好的幾何模型
圖1 導入幾何模型
2添加材料
點擊Module，選取Property，進入材料屬性設置模塊，點選菜單Material→Create，打開Create Material對話框，創建材料屬性，如下圖所示。
圖2 添加材料
在對話框中對材料屬性進行如下圖3所示的設置。點擊OK完成材料屬性的創建。
圖3 材料屬性
3添加單元屬性
然后繼續在Property模塊里點擊Section→Create Section按鈕，選擇Mechanical的Shell,Homogeneous。在彈出的Edit Section 對話框中，輸入殼 厚度為0.004，點擊OK完成設置，如下圖所示。
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鋼架的最新內容
以前用普通鋼架臺面，激振器一開，波形圖里總帶著不明所以的‘毛刺’，審稿人每次都要追問。換了鑄鐵鐵地板之后，第和一次采集到的波形干凈得讓人不敢相信。數據能復現、結果能閉環，這才是科研該有的樣子。 學生做實驗不用反復折騰，畢業都順利了。”
二、計量檢測中和心：校準周期“延長了”，客戶“信任了”
用戶：某第三方計量檢測機構 王工
“我們實驗室有三臺三坐標測量機，都安裝在同一條鐵地板上。
圖3支架模型
模型荷載輸入簡圖如下：
(恒荷載：包括柱頂荷載及鋼支架上層平臺走道荷載)
(活荷載：柱頂荷載）
(活荷載：鋼支架下層平臺檢修樓面荷載)
(X向風荷載,柱頂荷載)
(X向風荷載,包圍鋼架的風荷載)
(Y向風荷載，柱頂荷載)
(Y向風荷載，包圍鋼架的風荷載)
(地震荷載)
某項目袋除塵器鋼架和灰斗經結構鑒定和荷載分析后提出局部增強與補強思路（適用于局部強度或剛度不足）
針對鋼架局部增加鋼板或型鋼加強筋
適用對象：主要針對鋼架梁柱的局部變形或應力集中區域。
具體做法：對于鋼架的梁、柱，可在其翼緣或腹板處焊接角鋼、槽鋼等作為加強筋，形成“桁架”或“框架”效應，有效提高抗彎和抗扭剛度。
優點：針對性強，施工相對簡單快捷。
圖5 分析步替換
6、 案例（以鋼架結構為研究對象，通過分析對比不同分析步的結果差異）
二、載荷
恒載：4000kg；
不上人屋面：50kg/m2；
鋼架自重：軟件考慮；
風載：基本風壓按0.80KN/m2。
三、建模
根據雨棚鋼結構圖紙建立鋼架模型，進行計算分析。
立柱底部固定約束，將各載荷添加于模型，如圖1~圖4所示。
《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）
二、建模
根據所提供鋼架布置圖建立鋼架模型。
<p class="ql-align-justify"> 本項目是一臺設備鋼架的結構復核和加固計算，鋼架加固的難點在于，1、<span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(64, 64, 64);">老舊鋼架因改造或損傷導致原有傳力路徑改變，需通過有限元模型（FEM）逆向推演
本問題要掌握的要點一如何將主結構和內支撐分開，賦予不同的界面屬性；二是在內外鋼架連接處要設置鉸鏈鏈接；三是要設置正確的界面方向。
圖 27 起重機尺寸和界面尺寸
2. 建模
首先建立一個主桁架part，然后經過平移、旋轉后到達合適的位置。
為進一步驗證iSolver在復雜荷載條件下的分析能力，本文將使用iSolver對十字形連接的鋼架結構進行反向循環載荷分析，并與Abaqus的計算結果進行對比，驗證其計算精度和穩定性。
二 算例描述
本算例研究的是一個十字形連接的鋼架結構，目標是計算該結構在一對反向循環載荷下的力學響應。反向循環荷載在許多實際工程中具有廣泛的應用，如橋梁、管道連接以及結構抗震分析等。
在一些工業生產環境中，如大型橋梁、高層建筑的建設與維護現場，多足機器人可以在鋼梁、鋼架等復雜結構表面穩定爬行，進行結構檢測、焊縫檢查等工作，確保工程質量和安全性。在礦山開采領域，多足機器人可以適應崎嶇不平的礦道和惡劣的井下環境，進行礦石樣本采集、環境監測等任務，減少人工操作的風險和勞動強度。
