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1、椭圆板加固方案设计目录1. 概述.11.1.题目简介 .11.2.题目分析 .11.3.设计方案 .21.4.完成方式 .22.有限元计算 .13.结果分析 .错误 ! 未定义书签。附录 A 计算结果 .7附录B建模命令流.错误 ! 未定义书签。椭圆板加固方案设计1. 概述1.1. 题目简介根据题目要求，对如下椭圆板模型进行加固方案设计：板厚 t = 10mm ；长轴 a = 500mm ；短轴 b = 250mm ；弹性模量 E = 2.1 105 MPa；泊松比 = 0.3；已知对该椭圆板模型四周刚固，加载1MPa 的面力，其最大挠度为6.886mm。现根据要求对该板进行加固，使其达到挠度
2、减小一半的目的，即挠度不大于 3.0mm。椭圆板模型如图 1.1 所示。1AREASAPR 16 2012TYPE NUM13:27:56YZX图 1.1椭圆板示意图1.2. 题目分析理论分析可知，四周刚固的情况下，施加面力后，椭圆中心点挠度最大，由变形连续性可知，短轴端点处转角最大，故固端弯矩及应力也最大。第 1页椭圆板加固方案设计所以我们初步认为，沿短轴布置加强筋可以起到最优效果。1.3. 设计方案由上述分析，我们选取了如下7 种加固方式进行对比验证：(1) 增加板厚；(2) 沿长轴方向布置 1 根角钢；(3) 在短轴两侧均匀布置角钢；(4) 在短轴两侧布置少量角钢；(5) 沿短轴方向布置
3、 1 根扁钢；(6) 沿短轴方向布置 1 根角钢；(7) 沿短轴方向布置 1 根 T 型材。1.4. 完成方式ANSYS 命令流建模（相关命令流文件参看附件）。第 2页椭圆板加固方案设计2. 有限元计算2.1. 加固方案经过多次试算，并更改板厚参数，最终得到如下 7 种满足题目要求，即最大挠度不大于 3.0mm 的加固方案。2.1.1. 方案 1：增加板厚板厚增加为 13.3mm，网格采取映射方式剖分，如图2.1 所示。1ELEMENTSPRES-NORMAPR 3 2012112:55:31YZXtuoyuanjiaqiang图 2.1方案 1：增加板厚2.1.2. 方案 2：沿长轴方向布置
4、1 根角钢沿长轴布置一根等边角钢，尺寸为 L46 46 10 。网格采取映射方式剖分，如图 2.2 所示。第 1页椭圆板加固方案设计1ELEMENTSAPR 3 201219:25:00ZYXtuoyuanjiaqiang图 2.2方案 2：沿长轴方向布置1 根角钢2.1.3. 方案 3：在短轴两侧均匀布置角钢沿椭圆钢横向均匀设置 9 根等边角钢，尺寸为 L17 17 4。网格采取自由剖分，如图 2.3 所示。1ELEMENTSAPR 4 201219:47:10YZXtuoyuanjiaqiang图 2.3方案 3：在短轴两侧均匀布置角钢第 2页椭圆板加固方案设计2.1.4. 方案 4：在短
5、轴两侧布置少量角钢在短轴两侧加 5 根均匀角钢，间距 100mm，尺寸为 L17 17 4。网格采取自由剖分，局部进行细化，如图 2.4 所示。1ELEMENTSAPR 4 201220:09:22YZXtuoyuanjiaqiang图 2.4方案 4：在短轴两侧布置少量角钢2.1.5. 方案 5：沿短轴方向布置1 根扁钢沿椭圆钢短轴放置一根扁钢，尺寸为-3 60 。网格采取映射剖分，如图2.5 所示。1ELEMENTSAPR 14 201218:31:52XZYtuoyuanjiaqiang第 3页椭圆板加固方案设计图 2.5方案 5：沿短轴方向布置1 根扁钢2.1.6. 方案 6：沿短轴方
6、向布置1 根角钢沿椭圆钢短轴放置一根等边角钢，尺寸为 L38 38 8。网格采取映射剖分，如图 2.6 所示。1ELEMENTSAPR 3 201219:26:44YZXtuoyuanjiaqiang图 2.6方案 6：沿短轴方向布置1 根角钢2.1.7. 方案 7：沿短轴方向布置1 根 T 型材20 8沿椭圆钢短轴放置一根T 型材，尺寸为丄。网格采取映射剖分，如图28 82.7 所示。第 4页椭圆板加固方案设计1ELEMENTSAPR 5 201210:54:07YZXtuoyuanjiaqiang图 2.7方案 7：沿短轴方向布置1 根 T 型材2.2. 结果分析各方案有限元计算结果，应力
7、应变云图参见附录，如下表2.1 所示为结果对比。表 2.1结果对比加固方式位移（ mm）应力（ MPa）增加重量（ kg）原椭圆板6.901909.1260增加板厚2.933514.27010.16沿长轴方向布置1 根角钢2.948631.8536.44在短轴两侧均匀布置角钢2.962650.1914.26在短轴两侧布置少量角钢2.919650.1912.27沿短轴方向布置1 根扁钢2.9601351.0000.71沿短轴方向布置1 根角钢3.002675.5712.13沿短轴方向布置1根T型材2.975803.8641.51第 5页椭圆板加固方案设计3. 结论由表 2.1 所示计算结果及附录
8、相关应力应变云图可知，采用沿短轴方向布置 1 根扁钢的方法，增加的重量最小，为 0.706kg；而采用增加板厚的方法，增加的重量最大。同时可以看出，增加板厚及加角钢明显降低了最大应力，而沿短轴加一根扁钢极大的增加了最大应力。从节约材料，又减小应力两方面综合考虑，我们最终得出如下结论：沿短轴方向布置 1 根 T 型材为最优方案！第 6页椭圆板加固方案设计附录计算结果1NODAL SOLUTIONAPR 3 2012STEP=119:29:42SUB =1TIME=1USUM (AVG)RSYS=0DMX =2.933SMX =2.933MNYMXZX0.6518871.3041.9562.608
9、.325943.977831.632.2822.933tuoyuanjiaqiang图 A.1增加板厚位移云图1NODAL SOLUTIONAPR 3 2012STEP=119:30:14SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =2.933MXSMN =42.414SMX =514.27MNYZX42.414147.271252.128356.985461.84194.842199.699304.556409.413514.27tuoyuanjiaqiang图 A.2增加板厚应力云图第 7页椭圆板加固方案设计1NODAL SOLUTIONAPR 3 2012STEP=119:23:
10、52SUB =1TIME=1USUM (AVG)RSYS=0DMX =2.948SMX =2.948YMXZXMN0.6551241.311.9652.62.327562.9826871.6382.2932.948tuoyuanjiaqiang图 A.3沿长轴方向布置1 根角钢位移云图1NODAL SOLUTIONAPR 5 2012STEP=108:29:12SUB =1TIME=1SINT(AVG)MXDMX =2.896SMN =17.496SMX =631.853YZMN X17.496154.02290.544427.067563.59185.758222.282358.806495
11、.329631.853tuoyuanjiaqiang图 A.4沿长轴方向布置1 根角钢应力云图第 8页椭圆板加固方案设计1NODAL SOLUTIONMNSTEP=1APR 3 201219:18:52SUB =1TIME=1USUM (AVG)RSYS=0DMX =2.94SMX =2.94YZX MX0.6533831.3071.962.614.326692.9800751.6332.2872.94tuoyuanjiaqiang图 A.5在短轴两侧均匀布置角钢位移云图1NODAL SOLUTIONAPR 3 2012STEP=119:19:51SUB =1TIME=1SEQV(AVG)DM
12、X =2.94SMN =5.473SMX =650.191MNYZXMX5.473148.744292.014435.285578.55677.108220.379363.65506.92650.191tuoyuanjiaqiang图 A.6在短轴两侧均匀布置角钢应力云图第 9页椭圆板加固方案设计1NODAL SOLUTIONAPR 3 2012STEP=119:14:17SUB =1TIME=1USUM(AVG)RSYS=0DMX =2.919MNSMX =2.919YX MXZ0.6486881.2971.9462.595.324344.9730321.6222.272.919tuoyua
13、njiaqiang图 A.7在短轴两侧布置少量角钢位移云图1NODAL SOLUTIONSTEP=1APR 3 201219:15:11SUB =1TIME=1SEQV (AVG)MXDMX =2.918MNSMN =7.501SMX =728.929YZX7.501167.818328.135488.453568.611648.7787.659247.977408.294728.929tuoyuanjiaqiang图 A.8在短轴两侧布置少量角钢应力云图第10页椭圆板加固方案设计1NODAL SOLUTIONAPR 14 2012STEP=118:34:32SUB =1TIME=1USUM(
14、AVG)RSYS=0DMX =2.96SMX =2.96XZYMXMN0.6578321.3161.9732.631.328916.9867481.6452.3022.96tuoyuanjiaqiang图 A.9沿短轴方向布置1 根扁钢位移云图1NODAL SOLUTIONAPR 14 2012STEP=118:35:33SUB =1TIME=1SEQV(AVG)DMX =2.96SMN =.509531SMX =1351XZYMNMX.509531300.616600.723750.776900.8291201150.563450.66910511351tuoyuanjiaqiang图 A.
15、10沿短轴方向布置1 根扁钢应力云图第11页椭圆板加固方案设计1NODAL SOLUTIONAPR 5 2012STEP=108:59:00SUB =1TIME=1USUM (AVG)MNRSYS=0DMX =3.002SMX =3.002PRES-NORM1YZXMX0.6671231.3342.0012.668.3335611.0011.6682.3353.002tuoyuanjiaqiang图 A.11沿短轴方向布置1 根角钢位移云图1NODAL SOLUTIONAPR 5 2012STEP=108:59:24SUB =1TIME=1SEQV (AVG)MXDMX =3.002SMN =
16、15.913SMX =675.571MNPRES-NORM1YZX15.913162.504309.094455.685602.27689.209235.799382.39528.98675.571tuoyuanjiaqiang图 A.12沿短轴方向布置1 根角钢应力云图第12页椭圆板加固方案设计1NODAL SOLUTIONAPR 5 2012STEP=110:52:58SUB =1TIME=1USUM(AVG)RSYS=0MNDMX =2.978SMX =2.978MXYZX0.6618371.3241.9862.647.330918.9927551.6552.3162.978tuoyuanjiaqiang图 A.13沿短轴方向布置1 根 T 型材位移云图1NODAL SOLUTIONAPR 5 2012STEP=110:53:21SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =2.978MXSMN =.204951SMX =803.864YZXMN.204951178.796357.387535.978714.56989.5268.091446.682625.273803.864tuoyuanjiaqiang图 A.13沿短轴方向布置1 根 T 型材应力云图第13页