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關注創建者:匿名 創建時間:2026-01-04

箱型梁的實例教程
【iSolver案例分享53】簡易箱型梁純彎分析
1. 引言:
iSolver為一個完全自主的面向工程應用的通用結構有限元軟件,對標Nastran、Ansys、Abaqus設計和實現,具備結構有限元常用分析類型和單元、材料、載荷等基礎算法組件,精度和商軟誤差<0.1%。本文以多肋保護框受力分析為例,演示iSolver的分析流程,并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2. 模型背景
此案例為某型簡化箱型梁的靜力學分析。實際場景中箱型梁使用廣泛但結構復雜,進行研究時常作簡化處理。本案例模型由某文獻箱型梁簡化而來,結構材料為鋼,其彈性模量為10000000,泊松比為0.3。
3. 建模
由于結構形式較為簡單,為保證模型的求解精度和求解效率,整體采用四邊形網格劃分,單元類型選用板單元S4R,模型共劃分為1420個單元。模型如下:
通過對箱型梁兩端截面施加反方向的轉角,使箱型梁受彎變形。約束條件為:U1=U2=U3=0,UR1=0.05rad,UR2=UR3=0。
4. 結果對比
1) 應力
a) 視圖1(米塞斯應力)
iSolver結果:
Abaqus結果:
2) 總應變
iSolver結果:
Abaqus結果:
3) 位移
iSolver結果:
Abaqus結果:
5. 結果對比總表如下
由以上結果云圖分析可知,iSolver和ABAQUS兩個求解器對同一模型分析的結果同一性較好,應力應變的最值發生位置一致,具體數值分析見下表。
展開 前言
圖 1 實際箱型梁
上圖是我們生活中常見的天橋(施工中),仔細觀察其截面,會發現與我們想象的不太一樣。這些形狀類似于箱型的梁結構我們常稱之為箱型梁,由于其抗彎抗扭能力很強,因此在跨度較大的橋梁施工中極為常見。從材料力學來講,這種截面避免了中部材料的浪費,較為合理的將材料以薄壁的形式分布于四側,提高了整體的抗彎抗扭剛度,減輕了重量,是一種比較合理的截面形式。
與前面幾篇文章一樣,例子僅僅來源于生活但是卻簡單很多(實際設計好一個結構不僅需要科學的指導方法還需要大量的經驗積累),文章的意圖也比較簡單:作為拓撲優化學習從二維向三維的過渡。關于拓撲優化的基本操作流程見文章《結構優化案例1-L型結構優化設計(減重)》,本文不再復述。
2 問題描述
圖 2 有限元模型
如圖所示,一段上表面均布0.7Mpa壓力的實心深梁,現在其底面端部進行支撐,兩側進行對稱約束,試通過拓撲優化得到合適的傳力路徑以及支撐位置。(整體尺寸300mm*100mm*30mm,約束部分為距離端面20mm以內部分)
3 預分析
預分析就是指進行優化分析之前的靜力分析,主要是為了對我們分析的模型有一個大致的了解,如下圖所示:
圖 3 von-Mise應力云圖(變形放大200倍)
從von-Mises應力云圖可以看出,梁在中性層以及1/5,4/5處上下表面的應力水平均較低,說明這部分的材料顯然沒有充分發揮作用。除此之外,在支撐端以及中部整體應力水平比較高,說明這部分在進行拓撲優化時是關鍵考慮部分。
4 拓撲優化
仔細看前文會發現可控變量其實很多,包括各種邊界條件以及約束條件,因此下面針對不同的邊界條件和約束分別進行優化,主要是體會下不同設置下結果的變化情況。
展開 因為是大型結構并且基本上都是用薄板拼起來的箱型梁,所以實體網格并不適用.
本人對cosmos是初次接觸,所以先做了一個小的箱型梁進行實驗,發現用 實體網格,中面外殼網格和曲面外殼網格做出來的結果完全不同,用曲面外殼網格更是無法解出
更慘的是小弟最后做出的模型會是個裝配體,但是在裝配體中分析只能用曲面的外殼網格來分析
希望各位大蝦幫我解答一下,小弟感激不盡
還有關于cosmos 的資料實在太少了
零件在附件中
鼓勵
零件1.rar
第五章.part1.rar
第五章.part2.rar
第五章.part3.rar
第五章模型pulley.rar
輸出的選項中也包含以圖形顯示所有重要設計數據的摘要報告,可以直接轉給結構圖使用也可以收錄在結構計算書中,圖形的摘要報告中包包含:
·含后張預應力預應力筋在內的構件立面圖
·后張應力預應力筋的配置 (post-tensioning profile),控制點的高度 (elevation of control points) 與后拉預應力值與預應力筋的股數 ( PT-force/number of strands )
·整根構件上非預應力鋼筋的需求數量、位置與長度
·單向板或沖切剪力設計之結果
·設計者的備注 (Designer's comments)
·DXF 輸出
因為幾何斷面的選擇非常自由,所以這個軟件除了傳統的房屋與停車場結構外還可以設計箱型梁的橋 (box girder bridges),以及工字梁 ( I-girders)。 ADAPT-PT 的速度快、上手快也是世界上以生產為導向的顧問工程師的首選。
ADAPT-PT 提供兩種版本,較低價的標準板 (Standard) 與加強板 (Plus),除了標準板有五個跨度與兩個懸臂的限制以外兩個版本是完全相同的。
ADAPT-PT 是可以獨立作業的程序,但是當與ADAPT-Builder共用時,它可以接收由 ADAPT-Builder 以圖形產生的輸入數據。 有關這項功能在標題為 ADAPT-Builder 的詳細功能網頁下有更詳細的說明。
展開 上部結構主橋采用預應力混凝土上承懸臂箱型梁,引橋為混凝土上承簡支空心板梁;下部結構為混凝土實心排架式橋墩,主橋采用混凝土筑搗多排樁基礎。 大橋總投資1898.3萬元,于1987年2月開工建設。
5. 1991年10月25日,法國馬西亞克的阿拉格奈特大橋(Alagnonnette Bridge)開通。大橋為鋼板梁組合梁橋,跨徑組合為4x46+2x56.5+39m,橋寬9.75m,梁高2.25m。
6. 1994年10月25日,中國江蘇蘇州太湖大橋建成通車。太湖大橋全長4308米,其中1號橋長1768米,73孔,設兩個主通航孔,通航凈空標準為六級,標高10.5米。2號橋長1621米,68孔,設一個主通航孔,通航凈空標準為五級,標高22.5米。2號橋是三座橋中最高、主孔跨徑最大的一座。3號橋長919米,40孔,設一個主通航孔,通航凈空標準為六級,標高10.5米。1號橋、3號橋主通航孔為三跨連續梁,跨徑為30+40+30米。2號橋主通航孔為五跨連續梁,跨徑為30+50+70+50+30米。主通航孔為預應力混凝土連續箱梁,由兩個寬6米的單箱組成,其余引橋均為跨徑22米預應力混凝土簡支空心板梁。全橋均為鉆孔灌注樁基礎,樁徑1.2米,最大樁長50米。
7. 2007年10月25日,斯里蘭卡新馬南皮提亞(Manampitiya Bridge)正式開通。新馬南皮提亞由日本援建,因此又叫斯里蘭卡-日本友好和平橋。橋長302m,橋寬10.4m。
8. 2009年10月25日,中國內蒙古呼倫貝爾海拉爾哈薩爾大橋建成通車。哈薩爾大橋主橋為雙索面獨塔式斜拉橋,橋面全長512米,主橋跨徑布置為128+120m,橋寬28.6米,塔高56.5m,共有60根斜拉錨索。大橋為內蒙古地區首座高塔大跨度斜拉橋。
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表3 公鐵兩用半掛車剛度計算匯總
表4 公鐵兩用半掛車強度計算匯總
2.5 建議
公鐵兩用半掛車的公路工況,因牽引噸位較小,采用傳統2根縱向大梁可承受牽引載荷作用;鐵路工況,因縱向載荷較大,為使載荷順利傳遞,傳統車架前后端均需要補強,車架前端因設有牽引銷板,可在其中央位置增大牽引縱梁截面,與牽引銷板組成箱型截面梁;車架后端因組裝零部件(配件)較多,空間有限,可在后端中央處增加工字型鋼梁與懸掛橫梁連接來傳遞縱向力
模型背景
此案例為某型簡化箱型梁的靜力學分析。實際場景中箱型梁使用廣泛但結構復雜,進行研究時常作簡化處理。本案例模型由某文獻箱型梁簡化而來,結構材料為鋼,其彈性模量為10000000,泊松比為0.3。
3. 建模
由于結構形式較為簡單,為保證模型的求解精度和求解效率,整體采用四邊形網格劃分,單元類型選用板單元S4R,模型共劃分為1420個單元。
.%2 節點1
針對于上述格構柱與箱型梁連接節點,進行有限元分析,具體分析過程及結果如下。
鋼筋材料屬性采用理想彈塑性本構模型關系
圖五 鋼筋材料屬性
b、 混凝土選用C34混凝土,采用混凝土損傷塑性模型
圖六 混凝土材料屬性
c、邊界條件與相互作用設置
以橋面中心設置參考點,將參考點與橋面耦合,鋼筋與橋梁采用內置區域的方式,將變截面箱型梁與橋墩視為整體
T型懸挑梁
箱型挑梁
上海長江大橋主航道橋為雙塔雙索面分離式鋼箱梁斜拉橋,跨徑布置為92+258+730+258+92m,主梁采用分離式雙主梁形式,單個箱梁為扁平閉口流線型鋼箱梁,含風嘴全寬51.5m,梁高4m,全橋共分99個階段,標準階段長度15m。橋塔為人字形,橋塔總高212.32m,橋塔與主梁間設四個粘滯阻尼器。
上部結構主橋采用預應力混凝土上承懸臂箱型梁,引橋為混凝土上承簡支空心板梁;下部結構為混凝土實心排架式橋墩,主橋采用混凝土筑搗多排樁基礎。 大橋總投資1898.3萬元,于1987年2月開工建設。
5. 1991年10月25日,法國馬西亞克的阿拉格奈特大橋(Alagnonnette Bridge)開通。
前言
圖 1 實際箱型梁
上圖是我們生活中常見的天橋(施工中),仔細觀察其截面,會發現與我們想象的不太一樣。這些形狀類似于箱型的梁結構我們常稱之為箱型梁,由于其抗彎抗扭能力很強,因此在跨度較大的橋梁施工中極為常見。從材料力學來講,這種截面避免了中部材料的浪費,較為合理的將材料以薄壁的形式分布于四側,提高了整體的抗彎抗扭剛度,減輕了重量,是一種比較合理的截面形式。
主梁采用等高箱型截面梁,單箱三室直腹板截面,梁高2.4m,寬20(26)m,混合梁體系。其中跨為混凝土梁,總長120m;邊跨為鋼梁,總長168m。鋼-砼結合段設在邊跨,在距次中墩中心6.0m處,結合段長2.0m。
2 跨高速鋼梁施工情況
2.1 跨高速鋼粱結構
跨高速鋼箱梁為全焊鋼箱梁結構。截面外形和副跨混凝土梁截面對應。
1.江陰長江大橋:位于江蘇省靖江市與江陰市間,是我國首座跨徑超千米的特大型鋼箱梁懸索橋梁,也是20世紀“中國第一、世界第四”大鋼箱梁懸索橋,是國家公路主骨架中同江至三亞國道主干線以及北京至上海國道主干線的跨江“咽喉”工程,是江蘇省境內跨越長江南北的第二座大橋。橋型方案為主跨1386m的大跨徑懸索橋,全橋總長近3km。