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蜂窩梁是將寬翼緣的工字鋼(或H型鋼)按一定的折線或圓弧線切割后錯位焊接而成的空腹梁。在蜂窩梁的空腹結構中，由上翼緣或下翼緣與部分腹板所組成的T形截面的等截面部分稱為“橋”，蜂窩梁的實心結構稱為“墩”，橋與墩連接的地方為“橋趾”。由于擴張后的截面高度較原工字鋼有較大的增加，從而提高了梁的剛度和承載能力，既節(jié)省了鋼材，又減輕了梁體本身的自重。同時，蜂窩梁制作簡單，腹板的空洞既美觀又便于穿設管線，因此蜂窩梁在工程實際應用中具有很大實用價值。
近些年，我國科技人員對多邊形孔蜂窩鋼梁作了一些研究，并進行了推廣應用，取得了很好的社會和經濟效益。圓形孔蜂窩梁比多邊形孔蜂窩梁更合理、更經濟，承載力更高，該梁避免了多邊形孔角部產生的應力集中，目前我國對圓形孔蜂窩梁的研究應用很少。為了進一步驗證圓孔蜂窩梁的承載力高于六角孔蜂窩梁，筆者通過對兩種截面形式的梁進行了有限元分析，并驗證了圓形孔蜂窩梁要高于六角形孔蜂窩梁的極限承載力。
應用有限元軟件ANSYS對鋼構件進行分析可以達到較好的效果，根據國外一些有關試驗資料與有限元理論分析的結果進行比較兩者吻合較好，研究表明應用有限元分析具有可行性。因此，采用通用有限元軟件ANSYS建立了有限元分析模型，采用三維4節(jié)點SHELL181殼單元進行網格劃分，孔洞周圍用較小的單元細化。為突出孔洞構造對蜂窩梁受力性能的影響，建模時忽略了焊縫和焊接殘余應力的影響，有限元模型考慮了幾何非線性和材料的非線性，這是因為：①考慮幾何非線性可以準確預測模型的大變形，也可以考慮開孔處腹板在有初始應力基礎上的應力重分布，從而可以詳細研究腹板開孔處上下T形截面兩端4個塑性鉸的形成及其開孔處承載力的影響，②考慮材料的非線性，可以充分考慮由于整體作用而引起的上下T形截面在軸力和剪力作用下，抗彎能力的充分發(fā)展。
分析對象為跨度6 m的簡支焊接工字鋼梁，梁截面形狀分別為圓孔和六角孔蜂窩梁。梁截面開孔率大小分別為30%、50%、70%、75%、80%共5種。
圓孔蜂窩梁開孔率為圓孔直徑與梁截面高度的比值，六角孔蜂窩梁開孔率為洞口上下邊緣之間的距離(洞口高度)與梁的截面高度比值，梁構件選取焊接工字鋼，其截面尺寸和特性。鋼材采用常規(guī)Q235型鋼，其應力應變關系中簡化為理想彈塑性曲線，并采用MISES屈服準則，材料為各項同性，彈性模量取2.06×e5MPa，泊松比取0.3，屈服強度為230 MPa，加載方式采用沿梁跨度方向施加均布荷載。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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