基于SolidWorks Simulation钢结构梁的有限元分析

李传军

摘 要：以跨距10m的钢结构梁为研究对象，采用SolidWorks 结构构件完成三维模型，采用SolidWorks Simulation有限元分析软件进行有限元分析，确定钢结构梁的变形量、安全系数、应力和位移的变化情况。

关键词：小型钢结构梁、有限元、变形量、安全系数、应力和位移

0 前言

钢结构梁结构简单，应用范围广，有必要钢结构梁进行受力分析，获取其变形量、应力、安全系数、位移分布规律，确定最大应力、应变位置，合理设计钢结构梁。

1 钢结构梁的主要参数

以跨距10m的钢结构梁为例，主体结构选用矩形管100*50*3.5

支撑矩形管选用50*30*2.6

通过对三维绘图软件SolidWorks的二次开发，在其中成功嵌入了SolidWorks simulation有限元分析插件，将SolidWorks的模型直接导入simulation中。

2.框架梁的计算依据

（1）力学参数

材料的屈服强度 σ=220mpa

（2）计算数据

a.钢结构梁实际跨距10.44米，根据钢结构设计规范

钢结构梁在自重的作用下，最大允许挠度值为L/400=10440/400=26.1mm>9.5mm（计算值） 所以安全。

b.起拱值不大于：L/300=10440/300=34.8mm，参照一般钢结构起拱，一般在桁架结构中常见，跨度小于25m时要求起拱L/300。即：10440/500=34.8mm，取起拱值35mm。

c.根据风载荷标准值公式：wk=βzusuzW0=1*1.3*0.74*0.4=0.385Kpa

当地的基本风压0.4Kpa 。。

由于是钢结构梁且跨度为10.44m，风压对钢结构梁造成的压力远远小于框架自重，所以，此钢结构梁只考虑自重。

（3）分析步骤

利用SolidWorks simulation框架梁进行新建算例分析。

a.计算框架梁结构构件的结点组

b.添加固定几何体

c.添加自身重力

d.生成网格简化模型，由于钢结构梁总长度为12900mm，本身不是很长，所以划分密度应稍细致一些，便于分析如图1。

3.计算结果及其分析

（1）钢结构梁应力分析如图2（放大接近2300倍的示意图）；

图中所示钢结构梁运行的最大的应力强度为8mpa，而材料的屈服强度为235mpa

（2）钢结构梁线位移分析如图3（放大接近2300倍示意图）；

钢结构梁线位移为0.5574mm

（3）安全系数情况如图4；

经分析钢结构梁的最小安全系数为27.55

4.结果分析

通过SolidWorks simulation有限元分析钢结构梁的应力情况，可以迅速的确定在该工作状况下主轴的应力分布情况、线位移情况，通过与材料屈服强度的比较，可以快速的判断钢结构梁是否处于危险状况。计算分析结果与钢结构梁选材与应用状况吻合度高，与材料力学性能分析相符。

5.结语

运用SolidWorks simulation有限元对钢结构梁进行三维建模与分析，可以确定钢结构梁最佳方案，确定其最佳选材，使材料得到更好的利用。节约成本，降本提效。通过分析得到的数据结果与实际状态相吻合。

对钢结构梁进行SolidWorks simulation有限元分析是非常有必要的，应在以后的设计中多增加 SolidWorks simulation有限元分析，實现更好的降本提效。

参考文献：

[1]赵根田，孙德发.钢结构. 机械工业出版社，2012.9 .

[2]刘鸿文.材料力学第四版. 高等教育出版社2007.12.