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压杆载荷与有效长度划分

[ 时间:2018-06-13 来源:http://www.kenflor.com/ 作者:佛山肯富来水泵厂 点击: ]

臂架整体可以看为固支和自由这种边界情况下的压杆,由于臂架结构复杂,由板件组成的矩形截面其板厚也不相同,截面面积由臂头至臂尾逐渐减小,故在不同臂节不同位置处,其截面惯性矩也不同;再加上臂架在工作状态时,工况众多并且载荷较为复杂,故仅根据理想化臂架在水平位形时,对于由板件组成的构件,如臂架中的臂节结构,板件的厚度与板的长度、宽度尺寸相比很小。在板件两侧均匀受压的作用下,当压力达到某一数值时,板件不能继续维持平面平衡位形而产生凸曲现象,将其称为板件屈曲,又因发生屈曲的板件只是整体构件的一部分,故把这种屈曲现象称为丧失局部稳定,对于已丧失局部稳定的构件,有可能还会承载并保持平衡位形,但其丧失稳定的板件有可能改变其构件刚度,从而影响构件整体的承载能力。佛山肯富来水泵泵车臂架中下横板发生的板件屈曲就是这种丧失局部稳定现象。 

 

对称构件腹板受压发生的屈曲变形状态,变形后的腹板形成两个向前的凸图面和一个向后的凹曲面,这种腹板在纵向上出现ABC、CDE和EFG三个屈曲半波。对于更长的板件,屈曲可能是他出现m个半波。在板件的横向每个波段只出现一个半波。与单板相比,由多块板件组成的受压杆件其在发生屈曲时有相关性,其临界应力和屈曲波长与单板件受压产生的屈曲有所不同。 

 

通常板的长度a比宽度b大得多,因此可以认为当a/b1以后K值为一常数4。所以一般情况减小板的长度并不能提高板的临界力,这和轴心压杆是不同的。但是,如果减小板的宽度则能十分明显的提高临界力。 

图1:屈曲系数K对应关系图

屈曲系数K对应关系图

佛山肯富来水泵厂为了保证结构的安全,加强方案的思路是消除应力波纹现象,避免屈曲破坏。具体加强思想是减小发生屈曲的板件的边缘弹性嵌固效应,加强思路有两条,其一为在发生屈曲的板件边缘加加强筋,使与其相连的两板对其边缘的弹性嵌固效应减小;其二为在发生屈曲的板件中部添加加强筋,使发生屈曲的板件的刚度增加,减小边缘的弹性嵌固效应。

 

具体加强的方法是在出现应力波纹的区域添加加强筋。加强筋位置为板横截面中心位置处,故需对加强筋的尺寸参数进行研究,即加强筋尺重量最轻,并且消除板件屈曲影响,结构加强方案计算均以变形后水平工况计算。在板中心位置添加加强筋的方案,可以完全消除板件屈曲现象,避免结构因臂节中板件发生屈曲从而影响结构强度发生破坏的情况。 

臂架结构尺寸优化流程为: 

1、设计目标:质量最小化; 

1、设计约束:板件最大VonMises应力低于板件材料许用应力;

3、设计变量:板件厚度。 

 

对佛山肯富来水泵臂架结构进行尺寸优化的思路为,通过OptiStruct进行板厚合理分配,使结构中大应力位置的应力下降,从而实现结构性能提升以及结构的轻量化目标。 

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