壓桿長度
關(guān)注創(chuàng)建者：sza032 創(chuàng)建時間：2022-11-08
壓桿長度的實例教程
圖11 屈曲載荷乘子及屈曲模態(tài)(1階)(標準商業(yè)軟件結(jié)果)
3.11 不同壓桿長度下的計算結(jié)果
考慮壓桿長度L = 800、850、500mm下有限元特征值屈曲分析結(jié)果(包含PERA SIM、標準商業(yè)軟件以及理論解)見表1。
由上面結(jié)果可知，PERA SIM計算結(jié)果與某國際標準商業(yè)有限元軟件結(jié)果對標，屈曲載荷乘子誤差普遍較小(1.5%以內(nèi))。因此，PERA SIM的計算可靠性可以保證。
4.結(jié)論
本文基于安世亞太自主結(jié)構(gòu)有限元軟件PERA SIM Mechanical屈曲分析模塊計算壓桿特征值屈曲，實現(xiàn)了幾何建模、網(wǎng)格劃分、材料賦予、載荷及邊界條件設(shè)置、特征值求解到結(jié)果后處理的完整分析流程。同時，在相同的邊界和求解參數(shù)的條件下，與某國際標準商業(yè)有限元軟件計算結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)PERA SIM的臨界載荷的誤差普遍較小(1.5%以內(nèi))，能保證較高的計算精度。
上海安世亞太結(jié)構(gòu)高級應(yīng)用工程師 陳科夫
展開 柔性準則的措施：
1.增加等截面桿的長度；
2.避免截面突變；
3.安裝緩沖器；
4.選用彈性模量小的材料。
12、避免長壓桿失穩(wěn)準則
對金屬構(gòu)件，壓應(yīng)力是拉應(yīng)力的多倍，但壓狀態(tài)下，失穩(wěn)破壞會破壞強度，設(shè)計上應(yīng)避免。
注意檢查是否有細長桿受壓結(jié)構(gòu)。
改進措施有：
1.加大截面慣性矩；
2.減小壓桿長度；
3.加強支撐約束性；
4.截面形狀與約束方式的最優(yōu)組合；
5.合理選材
處于彈塑階段的中小柔度桿，用高強度鋼；
對大柔度桿，高強度鋼不能提高其穩(wěn)定性，須用普通鋼
13、 熱變形自由準則
使結(jié)構(gòu)因為受熱的變形自由。
具體措施：
1.留有熱變形的間隔
2.加膨脹節(jié)
3.或?qū)⒐艿雷龀蓮澋摹?END
文章來源機械設(shè)計資源分享
展開 截面長度mm
Len=500 !壓桿長度mm
I=h*b**3/12 !慣性矩
pi=ACOS(-1)
miu=1 !長度因數(shù)
Fcr=pi**2*Ex*I/(miu*Len)**2 !第1階失穩(wěn)載荷解析解
/PREP7
ET,1,BEAM188 !單元類型
KEYOPT,1,3,3 !形函數(shù)
SECTYPE, 1, BEAM, RECT, , 0 !截面屬性
SECOFFSET, CENT
SECDATA,1.2,39,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
MP,EX,1,2e5 !材料屬性
MP,PRXY,1,0.3
K,1,0,0,0, !創(chuàng)建關(guān)鍵點
K,2,0,500,0
L,1,2 !創(chuàng)建直線
LESIZE,1,50, , , , , , ,1 !單元尺寸mm
LMESH,1 !分網(wǎng)
DK,1,UX !下端鉸支
DK,1,UY
DK,1,UZ
DK,1,ROTY
DK,2,UX !上端鉸支
DK,2,UZ
FK,2,FY,-1 !施加單位載荷
FINISH
/SOLU
PSTRES,1 !打開預(yù)應(yīng)力
SOLVE !求解
FINISH !
展開 柔性準則的措施：
增加等截面桿的長度；
避免截面突變；
安裝緩沖器；
選用彈性模量小的材料。
12、
避免長壓桿失穩(wěn)準則
對金屬構(gòu)件，壓應(yīng)力是拉應(yīng)力的多倍，但受壓狀態(tài)下，失穩(wěn)破壞會破壞強度，設(shè)計上應(yīng)避免。應(yīng)注意檢查是否有細長桿受壓結(jié)構(gòu)。
改進措施：
加大截面慣性矩；
減小壓桿長度；
加強支撐約束性；
截面形狀與約束方式的最優(yōu)組合；
合理選材。處于彈塑階段的中小柔度桿，用高強度鋼；對大柔度桿，高強度鋼不能提高其穩(wěn)定性，須用普通鋼。
13、
熱變形自由準則
使結(jié)構(gòu)因為受熱的變形自由。
具體措施：
留有熱變形的間隔；
加膨脹節(jié)或?qū)⒐艿雷龀蓮澋摹?/span>
展開 即受側(cè)向外壓作用時的臨界壓力為0.178MPa。
圖13 屈曲載荷乘子及屈曲模態(tài)(1階)( PERA SIM結(jié)果)
下圖為通過某國際標準商業(yè)有限元軟件計算得到的屈曲載荷乘子及屈曲模態(tài)(1階)，屈曲載荷乘子(1階)0.176，失穩(wěn)波形數(shù)5。這與PERA SIM計算結(jié)果非常接近。
圖14 屈曲載荷乘子及屈曲模態(tài)(1階)(標準商業(yè)軟件結(jié)果)
3.11 不同壓桿長度下的計算結(jié)果
考慮有效長度L = 60、127、250mm，厚度t = 0.1、0.18、0.36mm 各種組合情況下有限元特征值屈曲分析結(jié)果(包含PERA SIM及標準商業(yè)軟件)。臨界載荷列表如下：
表1 PERA SIM臨界載荷結(jié)果(MPa)
表2 標準商業(yè)軟件臨界載荷結(jié)果(MPa)圖片
表3 PERA SIM結(jié)果偏差(與標準商業(yè)軟件相比)
失穩(wěn)波形數(shù)列表如下：
表4 PERA SIM失穩(wěn)波形數(shù)結(jié)果
表5 標準商業(yè)軟件失穩(wěn)波形數(shù)結(jié)果
由上面結(jié)果可知，PERA SIM計算結(jié)果與某國際標準商業(yè)有限元軟件結(jié)果對標，臨界載荷偏差普遍較小(3%以內(nèi))，失穩(wěn)波形完全一致。因此，PERA SIM的計算可靠性可以保證。
4.結(jié)論
本文基于安世亞太自主結(jié)構(gòu)有限元軟件PERA SIM Mechanical屈曲分析模塊計算外壓薄壁圓筒的屈曲，實現(xiàn)了幾何建模、網(wǎng)格劃分、材料賦予、載荷及邊界條件設(shè)置、特征值求解到結(jié)果后處理的完整分析流程。
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圖14 屈曲載荷乘子及屈曲模態(tài)(1階)(標準商業(yè)軟件結(jié)果)
3.11 不同壓桿長度下的計算結(jié)果
考慮有效長度L = 60、127、250mm，厚度t = 0.1、0.18、0.36mm 各種組合情況下有限元特征值屈曲分析結(jié)果(包含PERA SIM及標準商業(yè)軟件)。
圖11 屈曲載荷乘子及屈曲模態(tài)(1階)(標準商業(yè)軟件結(jié)果)
3.11 不同壓桿長度下的計算結(jié)果
考慮壓桿長度L = 800、850、500mm下有限元特征值屈曲分析結(jié)果(包含PERA SIM、標準商業(yè)軟件以及理論解)見表1。
改進措施有：
1.加大截面慣性矩；
2.減小壓桿長度；
3.加強支撐約束性；
4.截面形狀與約束方式的最優(yōu)組合；
5.合理選材
處于彈塑階段的中小柔度桿，用高強度鋼；
對大柔度桿，高強度鋼不能提高其穩(wěn)定性，須用普通鋼
13、 熱變形自由準則
使結(jié)構(gòu)因為受熱的變形自由。
具體措施：
1.留有熱變形的間隔
2.加膨脹節(jié)
3.或?qū)⒐艿雷龀蓮澋摹?/div>
改進措施：
加大截面慣性矩；
減小壓桿長度；
加強支撐約束性；
截面形狀與約束方式的最優(yōu)組合；
合理選材。處于彈塑階段的中小柔度桿，用高強度鋼；對大柔度桿，高強度鋼不能提高其穩(wěn)定性，須用普通鋼。
庫珀根據(jù)桿件長細比（L／r），提出了一個容許應(yīng)力σ公式：
σ＝165－0.69（L／r） （1）
式中：L為壓桿長度；r＝√I／A；I為慣性矩；A為桿件面積。
圖4為庫珀公式與現(xiàn)代AISC規(guī)范中A36和A33鋼材的容許應(yīng)力值比較。對于所有長細比為10～100的桿件，庫珀的容許應(yīng)力值超過今天常用值的3.3%～8.7%。
NASA的Super Ball張拉整體機器人
通過控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)拉索和壓桿的長度，使得整個結(jié)構(gòu)變形，然后驅(qū)運結(jié)構(gòu)行進。NASA靠遺傳算法和機器學(xué)習(xí)來找到適當?shù)目刂撇呗浴鴥?nèi)浙江大學(xué)也在做這方面的研究。
壓桿長度mm
I=h*b**3/12 !慣性矩
pi=ACOS(-1)
miu=1 !長度因數(shù)
Fcr=pi**2*Ex*I/(miu*Len)**2 !第1階失穩(wěn)載荷解析解
/PREP7
ET,1,BEAM188 !
壓桿歐拉臨界力的具體公式如下：
圖8 壓桿屈曲示意圖
表1 壓桿屈曲的長度系數(shù)
上面的論述是基于線性屈曲理論，下面我們從非線性動力學(xué)方程來簡單說明抽油桿屈曲現(xiàn)象究竟是如何發(fā)生的。考慮抽油桿非線性動力學(xué)的求解方程，
時的豎直狀態(tài)是不穩(wěn)定的。
