玻璃平面舞台的受力有限元分析1工程介绍某露天大型玻璃平面舞台的钢结构如图1所示，每个分格（图2中每个最小 的矩形即为一个分格）x方向尺寸为1m，y方向尺寸为1m；分格的列数（x向 分格）=0 X10+5+5=10 ,分格的行数（y向分格）=1+4=5 ,列数为10,行数 为5钢结构的主梁为高160宽100厚14的方钢管；次梁为直径60厚10的圆 钢管（单位为毫米），材料均为碳素结构钢Q235 ;该结构固定支撑点位于左右 两端主梁和最中间（如不是正处于X方向正中间，偏X坐标小处布置）的次梁 的两端玻璃采用四点支撑与钢结构连接 （采用四点支撑表明垂直作用于玻璃平面的面载荷将传递作用于玻璃所在钢结构分格四周的节点处 ，表现为点载荷；对在垂直于玻璃平面方向的 4KN/m2的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自 重、活载荷（人员与演出器械载荷、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析 （每分格面载荷对于每一支撑点的载荷可等效于 1 KN的点载荷）2有限元分析本次建模采用Solidworks2009进行，有限元分析采用workbench13.0软件 进行问题描述：固定支撑点位于左右两端主梁和最中间的次梁的两端 ，共6个节点。
而对在垂直于玻璃平面方向的 4KN/m2的面载荷（包括玻璃自重、钢结 构自重、活载荷（人员与演出器械载荷、风载荷等）作用下的舞台进行有限元 分析（每分格面载荷对于每一支撑点的载荷可等效于 1 KN的点载荷）共6 1仁66个节点，分析时，为了更加贴近实际情况，可以将每个节点看 成是一个直径为70mm的圆面舞台4个角点的4个节点相当于受压强为 1000*二702 4）MPa = 0.26MPa，而舞台周边的 26个节点相当于受压强为 2><0.26MPa = 0.52MPa 舞台中间的 36 个节点相当于受压强为 4 0.26MPa=1.04MPa有限元参数的设定，最后分析：（1）该结构每个支座的支座反力；（2） 该结构节点的最大位移及其所在位置；（3）对该结构中最危险单元进行强度校 核2.1建模采用solidworks进行建模,严格按照课题要求的尺寸进行建模下图1所 示为玻璃平面舞台三维模型图，下图2所示玻璃平面舞台内部结构图图1玻璃平面舞台三维模型图2玻璃平面舞台内部结构2.2导入模型由于Solidworks与Workbench通过数据接口可以进行可以进行图形数据交换使得数据共享建成的玻璃平面舞台结构图保存为 X_T格式文件，在Workbench 中执行 Geometry>Replace Geometry>Browse ，选择将 X_T 文件 导入软件workbench中，Geometry中可见玻璃平面舞台的三维模型，如下图3 所示为导入后的三维模型。
Sfe r.*I 3-r Struci ue ■丄-Aschmi-caJ rtlSfS kLt ■phTJin ITi3i biht fi-H tkiii T-irili Jhif毋切Ifi话10喘话■士申觀规範囤U 旱 昌 「・ 0 川曲口C4«rdiig>4 SjitE 点H口—■JPHfMt 立FkH制;《_.*■ GKnX Skc Tm-ci-sh ^lir-tfriM II Elp EdsriM 91 ”・ Xx " X" .XT H ■址awLim■binN M3lh^l>:■ 5U-ICLI-iaRMrm图3 Workbench 中的三维模型2.3定义材料属性由于该结构材料均为碳素结构钢 Q235 ,则软件中的杨氏模量设置为210GPa,泊松比设置为0.3，如下图4所示TABLE 24Structural Steel > Isotrouic ElasticityTemperature CYoung's Modulus MPaPoisson's RatioBulk Modulus MPaShear Modulus MPa2.1e+{]050.31.75e<]0560769图4材料的属性2.4划分网格本结构采用Patch Conforming Method 四面体的网格，Element Size （单 元的尺寸）设置为100mm，戈扮后，得出节点数为161856单元数为83286如 图5所示，划分后的结果如图6所示。
Physics Fieference Kechaaical0SixinEInf1at ionAdvancedDef eat uxiiiESt&tisti csPHod«£LE1E58□Elements832S&JCath MetricNone图5节点数和单元数图6划分网格2.5施加约束和载荷对位于左右两端主梁和最中间的次梁的两端,共6个节点施加 FixedFr-fiiw* (15? HF*JFl驶叙 Euppat l 2Stala t ^trvrlux9 il Tine I. s aan-ii-LE1 22： i.e
TypeForce ReactionLocation. MethodBoxmdary ConditigBsziaiT C^nditianFiz«dl Swpeft0 ritntfttloD.Global Caordiuta Srtl««Ovt ionsResuit SeiectionAllDis®la.T TimeEnd Time[ResellsHj Y Am-m22 ■Z Axis21221 ■Tolal9T31T NX ills915. 34 S¥ Axis-34922 HZ Axi £45566 HTotal57417 ITDispla? Timi@ Eiid TimeReximl t s节点1Def 1 iohlType Force KeaetionLocation Method Eoundary Condi tion.Boundary Condi t ion Fixed Support 2Ori entftt ion. Global CoordinAt e &mOptionsResult Seiection All节点2De fI ifti t ion4TyreForce ReactionLocation MethodSoim.da.iy Condi t ionBoimdary ConditionTiled Support 3□rientationGlobal Coordinate SystemOptions.K@sult SelectionAllDd占d1" TimeEnd TimeResults]X 1X152T775 NA^is-8T580 HZ Azis2T202 WTotal^5821 H5节点3Berim t ionT?P* fare* n+tcUonLcocat ion Method Boundary Condi tian.Boundary Condition. Fized Support 4i^n Globa.1 Cea?diuIeOptionsKt«]lt S^uelion AllDisplay Titte End TiaeB.es a.11 sX All! 5907S NI Aziz 875&0 MZ Axis 2^245 HTottl 56139 HX,GEDDiE~t:r¥XFrin1:卩匸亡”匚亡⑷入尺亡二口工节点4Defi&i ti&nT7P»Foret ionLocationBQuntRtsult Sel^etionAllDisplay TimfeEnd TimsBesult sK Axil-28453 IfI Axis30949 VZ Axis27209 NTotal972T2 W**节点6图8各节点的支座反力(2)应变分布取TotalDeformation ,得出应变分布如下图9所示。
■ " Static丁!UafcTBkUaa Type ilUnal iwTine I3013-1l-L?曲吕歸Z3T2t 203fi.WTT<1.0339laKKIB图9应变分布图由图9的应变分布可知最大位移位于中间圆钢管的中点处 ，其最大位移为36.305mm3）应力分布Stress取Equivale nt vo n-Mises ，得出应力分布如下图10所示处贝3 4）"•+网Type Etjaivtltni 亡壬Una I IlJ'kTi肌IZZS. 462an-ll-L2 23- M图10应力分布图由图10应力分布可知，最大应力分布在中间圆钢管和方钢管的连接处，且 最大应力为405.67MPa，而材料是碳素结构钢 Q235，其屈服极限是235MPa， 那么，该舞台的最危险的杆件（中间圆钢管）无法满足强度要求，故不安全3总结本文从工程实际的角度出发,用Solidworks建模导入Workbench中,分析 出了各支座的支座反力，求解出了该结构节点最大位移及所在位置 ，并校核了 最危险的单元。