基于simsolid的自动扶梯分段桁架强度计算.pdfsimsolid在自动扶梯分段桁架强度计算中的

文件名称: 基于simsolid的自动扶梯分段桁架强度计算.pdf

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详细说明：simsolid在自动扶梯分段桁架强度计算中的应用1背景臼动扶梚桁架作为自动扶梯的主要承载构件,对维持扶梯的正常运转、保障乘客安全具有重大意义。国家标准对其强度设计有明确的技术要求:自动扶梯或自动人行道支撑结构设计所依据的载荷是自动扶梯或自动人行道的自重加上5000N/m的载荷。根据5000/m的载荷计算或实测的最大挠度,不应大于支承距离的1/750。行业内提升高度大」6米的扶梯,考虑制造和运输的方使性,一般将扶棁桁架分段设计, 这就需要额外校验分段连接结构的强度。以往计算这类桁架通常将其视为整体桁架,建立整体线框模型,赋予各线框对应的型材截面,得到桁架杆件承受的最大拉力,并以此对分段结构进行单独的建模分析,步骤较为繁琐。 Altair全新推出的商用 Simsolid软件,对于这类计算桁架就简单多了,用户可以直接将带分段连接组件的实体桁架模型导入到 Simsolid进行强度计算,分析流程极为高效。以卜就采用 SimSωlid对我司自动扶梯产品所用的桁架进行强度计算 2主要技术参数及载荷计算依据 GB16899-2011《自动扶梯与自动人行道制造与安装安全规范》 2.2模型扶梯方管桁架三维模型(使用creo2.0建模)如图2-1: 冬2-1:扶梯桁架模型(2分段) 桁架用料规格如下表序号主要部件上弦杆方管120*60*7.1Q235-B 下弦杆方管120*60*6/Q235-B 倾斜段竖杆/斜杆[方管6091935+8 中间横梁角钢50*50*6/Q235-B 底横梁方管60*60*3/Q235-B 上下部斜杆方管100*60*4/Q235B 上下部竖杆方管100*60*4/Q235B 2.3载荷载荷代载荷名载荷单\盐大小载荷类型备注位载荷方向及其位置 L|桁架自 kg/m's 7850 自重重以密度形式加载 A2/扶梯系 4270双侧载荷|自重同下,作用J桁架上统弦杆乘客载 10035双侧载荷/乘客载啄直向下,作用于桁架上荷荷弦杆注:扶梯系统含倾斜段导轨、梯级、梯级链、闱裙、扶手栏板、扶手系统、积油盘、外装饰板、内外盖板等计算挠度时,载荷为LA1 计算强度吋,载付为LA1+LA2+LA3。 3模型前处理 3.1设置材料参数名称密度km)弹性模量(Pa)泊松比屈服强度(a) Q235 7850 2.10e-11 2.35e+8 3.2接触处理 SimSolid识别几乎所有主流三维软件创建的模型,直接将现有的方管桁架模型导入 Sim Solid,按照以下步骤处理模型即可。 1.将需要设置接触的杆件(桁架对接组件、上下头音大角钢卜的两垫板)先用 suppress 工具隐含。使用 seam weld t具自动建立各个杄件使用焊缝连接,焊缝尺寸为4mm。 2.恢复前面隐含的零部件,使用接触匚具创建木焊接零部件的接触,容差设置为4mm 3.使用自动化建立的连接(默认均绑定约束),难免有部分接触设置不合理,例如本次分析的桁榘连接的两块对接板之间的接触应改为分离连接,摩擦系数为0.2。 SimSolid提供的各类工具可快速帮助用户査询和修改自凵想要的接触。最终处理完的模型如图2-2 SLMAOLID 大图2-2:建立焊接和接触 3.3添加约束及载荷如图31,上下头部大角钢底下的垫板用于调节水平,扶梯桁架是搁在垫板上面的将垫板设置为刚体,支承角钢和垫板建立可分离约東,摩擦系数为0.2。载荷按照前面的数值施加。刚体刚体图3-1:上下头部建立可分离约束施加螺栓预紧力,上部螺栓M0预紧力为350N,下部螺栓M4预紧力矩为470Nm,如图3-2 SIMS K 图3-2:施加螺栓预紧力计算结果 4.1挠度如图4-1,桁架最大挠度δm=13.86m,桁架上、卜头部支承大角钢距离为20073m 最人挠度δm≤20073/750-26.76m;挠度满足自动扶国家标准规定的要求 SINSe □■ Design stucy1|来客畈荷+有螺检预紧力图4-1: SimSolid挠度计算结果此外,采用传统线框模型的计算结果是14.40mm,与 Simsolid计算的差值0.54mm。充分说明对于桁架分析无论是采用 Simsolid实体计算还是像其他软件·样采用线框模型计 6 算,结果都是可靠的。 Uispcenen LoaxdsetFASSNGLR.11700 F 2-LNDX 11519 图4-2:creo2.0挠度计算结果 4.2静强度桁架最大等效应力σ=491Mpa,位于螺栓处。如图4-3所小 SIMSO max 4.90950+2 [MPa] Design study1|自重+乘客載荷-有螺检顶紧力图4-3:整体等效应力把螺栓应力隐藏,桁架最大等效应力变为153Mpa,安全系数为235/153-1.54,大于我司要求的1.35倍安全系数,强度满足设计要求。如图4-4所示 SINSObdd 1.5307e+2MFa] :2.000e esign stucly1|自重+宫载荷+有螺栓预紧力图4-4:桁架等效应力(不含螺栓) 螺栓最大等效应力为49Ma,螺栓规格为10.9级高强度螺栓,安全系数为 900/491-1.83,人于我司要求的1.35倍安全系数,强度满足设计要求。如图4-5所示 SIMSOLID I Legend e 46800e+0[MP司] 四函 max 4.9096e+2 [MPa ■ Design stucy1|自重+乘客荀+有螺栓预紧力图4-5:螺栓等效应力综上,使用 SimSolid分析后可以再次确定我司目前的桁架无论是挠度还是强度,均满足设计要求。下面分析桁架分段结构釆用的螺栓有、无预紧力对桁架分段结构的影响。图4-6为分段结构的下部螺栓等效应力云图的,可清楚的判别各个螺栓的受力大小。 Simsolid螺栓后处理工具更是淸楚的列出了每个螺栓承受的拉力、剪力和弯矩,如表4-1 可以看出,这类分段连接结构螺栓的受力特点是拉力为主,剪力为辅,几乎不承受弯矩。此外,通过对比可以看出,尽管螺栓施加了很大的预紧勹距,但是螺栓受仝部外载荷后螺栓的拉力仅增加21左右,这与高强度螺栓的端板连接受力理论相符合。 8 SIMSOLID SIMSOLID 无螺栓预紧力有螺栓预紧力 3. legend Yon Mises Stress LMPaj stress [Pa] min 2. 3240e-1 [MPa 5.2688e+2 46800+0[MPa] 21ss+2 232谁n-1 1n4.00·40 四a -nage sfarnsd shape ax52688e+2[MPa] max 4.9096e-2 [MPal motl. ] 图4-6:有无预紧力时螺栓的等效应力对比表4-1:有无预紧力时各个螺栓受力数据扶梯自重+乘客载苻+无螺栓预扶梯自重+乘客载荷+有螺栓预紧力紧力螺栓位螺栓情况轴力(N)剪力N)弯矩(Nm)轴力N)剪力N)弯矩(Nm 置 M20×100109s10392617 95398759 15 左上对 322 接螺栓 M20×100109s6332 914 93296580 M20X100109S7840284 99687618 M24×11010.9s453 2007 940611446 10 左下对M24×110109128260240126 1562901150 15 接螺栓「M24X9010.s243807145109 1098905034 65 M24X90_109s1195608230 234 1462403481 150 所有螺栓合力29721721006392 79486213068273 M20×100109s10303337 10 95150713 右上对接螺松[M20X1001096077434 93519689 M20×100109s9362 549 3 99967563 17 M24X110109s187 1967 8 953141616 12 右下对M2×1101095123840384523 1546302099 16 接螺栓M24X90109s267646942109 1100004884 74 M24×9010911931080572201470906266152 所有螺栓合力29584322130374 79567016830298 图47表明,实体桁架的挠度趋势是从连接块的四个角向内张开。有预紧力的连接结构, 能有效减少连接板的张开挠度,提高连接可靠性。无而紧力图4-7:有无预紧力时下部连接板的挠度对比图4-8苾明,上部连接螺栓受到的外部拉力比较小,其拉力很大·部分是有预紧力产生的。符合矩形桁架上主弦受压、下主弦受拉的受力特点无预紧力有预紧力图48:有无预紧力时上部连接板的挠度对比虽然此类扶梯分段连接结枃的螺栓以受拉力为主,但是根据螺栓直径的不同、连接板厚度的差异、螺栓的布局变化等都公对螺栓产生额外人小不同的翘丿,运用 SimSolid分析, 可以清楚的看到每个螺栓的受力情况,给结构设计提供有用的指导,针对不同的提∫高度扶梯设计出既安全又经济的连接结构。 5结论得益于 SimSolid的无网格仿真技术,自动搜索接触类型、自动定义接触、自动识别螺栓螺母并定乂正确的螺栓接触,无需考虑去除桁架杄件的圆角,无需考虑网格划分,对自动扶梯分段桁架装配体进行了较为全面的分析,重点考察了分段连接组件的强度,结果准确可信。这比使用传统的有限元软件分析快速方便许多。 SimSolid简单易用交互模式必将使其成为广大结构设计师和工程师的良听益友。

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