悬臂梁结构分析
摘要：以某型自升式钻井平台的悬臂梁为例建立相应结构分析模型，给出了分析的载荷及边界条件，并对不同载荷条件下的计算结果进行了分析和评估，可作为此类结构设计的参考。
关键词：悬臂梁，结构分析.
Abstract: to a certain type of jack-up drilling platform as an example of the cantilever beam establish corresponding structure analysis model, and gives out the analysis of load and boundary conditions, and under the conditions of different load calculation results are analyzed and evaluated, and can be used for this kind of structure design of the reference.
Keywords: cantilever beam and structure analysis.
正文：
1 引言
陆上可利用的资源和能源越来越少，许多国家都把开发利用海洋资源和能源作为国家战略[1]。经过近几十年的高速发展，我国的能源问题日益严峻。我国的海域辽阔，海上资源的开发潜力巨大，是未来我国能源可持续发展的重点[2~4]。
海上作业平台是进行海上资源开发的重要装备，目前我国在海上钻井平台的开发设计方面与技术先进国家尚有较大差距。移动式海上平台在我国海上油气勘探开发中发挥着重要作用[5]，开展海上平台关键技术研究对保障我国能源安全和推动我国装备制造业的发展具有重要意义。
自升式钻井平台属于海上移动式平台，适宜于近浅海作业，是目前被广泛使用的海上钻井装备之一。本文以某型自升式钻井平台的悬臂梁为例，对其进行结构分析和强度评估，为此类结构的设计提供参考方法。
2 悬臂梁分析模型
大型通用有限元程序MSC.Patran/Nastran被广泛应用于船舶及海洋工程领域，并且通过多数主要船级社的认可，本文采用该程序对悬臂梁进行建模和结构分析。
梁、柱、墙、板筋的一般计算规则 一、梁 （1）框架梁 一、首跨钢筋的计算 1、上部贯通筋 上部贯通筋（上通长筋1）长度＝通跨净跨长＋首尾端支座锚固值 2、端支座负筋 端支座负筋长度：第一排为Ln/3＋端支座锚固值；第二排为Ln/4＋端支座锚固值 3、下部钢筋 下部钢筋长度＝净跨长＋左右支座锚固值 以上三类钢筋中均涉及到支座锚固问题，那么总结一下以上三类钢筋的支座锚固判断问题：支座宽≥Lae且≥0.5Hc＋5d，为直锚，取Max{Lae，0.5Hc＋5d}。 钢筋的端支座锚固值＝支座宽≤Lae或≤0.5Hc＋5d，为弯锚，取Max{Lae，支座宽度-保护层+15d }。 钢筋的中间支座锚固值＝Max{Lae，0.5Hc＋5d} 4、腰筋 构造钢筋：构造钢筋长度＝净跨长＋2×15d；抗扭钢筋：算法同贯通钢筋 5、拉筋 拉筋长度＝（梁宽－2×保护层）＋2×11.9d（抗震弯钩值）＋2d；拉筋根数：如果我们没有在平法输入中给定拉筋的布筋间距，那么拉筋的根数＝（箍筋根数/2）×（构造筋根数/2）；如果给定了拉筋的布筋间距，那么拉筋的根数＝布筋长度/布筋间距。 6、箍筋 箍筋长度＝（梁宽－2×保护层＋梁高-2×保护层）×2＋2×11.9d＋8d 箍筋根数＝（加密区长度/加密区间距+1）×2＋（非加密区长度/非加密区间距－1）+1 注意：因为构件扣减保护层时，都是扣至纵筋的外皮，那么，我们可以发现，拉筋和箍筋在每个保护层处均被多扣掉了直径值；并且我们在预算中计算钢筋长度时，都是按照外皮计算的，所以软件自动会将多扣掉的长度在补充回来，由此，拉筋计算时增加了2d，箍筋计算时增加了8d。 7、吊筋 吊筋长度＝2×锚固（20d）+2×斜段长度+次梁宽度+2×50，其中框梁高度>800mm夹角=60°≤800mm夹角=45° 二、中间跨钢筋的计算 1、中间支座负筋 中间支座负筋：第一排为：Ln/3＋中间支座值＋Ln/3；第二排为：Ln/4＋中间支座值＋Ln/4 注意：当中间跨两端的支座负筋延伸长度之和≥该跨的净跨长时，其钢筋长度： 第一排为：该跨净跨长＋（Ln/3＋前中间支座值）＋（Ln/3＋后中间支座值）； 第二排为：该跨净跨长＋（Ln/4＋前中间支座值）＋（Ln/4＋后中间支座值）。 其他钢筋计算同首跨钢筋计算。LN为支座两边跨较大值。 2、其他梁 一、非框架梁 在03G101-1中，对于非框架梁的配筋简单的解释，与框架梁钢筋处理的不同之处在于： 1、普通梁箍筋设置时不再区分加密区与非加密区的问题； 2、下部纵筋锚入支座只需12d； 3、上部纵筋锚入支座，不再考虑0.5Hc＋5d的判断值。
悬臂梁受力分析报告 高一博 2016.11.13 西安理工大学 机械与精密仪器工程学院
摘要 利用ANSYS对悬臂梁进行有限元静力学分析,得到悬臂梁的最大应力和挠度位移。从而校验结构强度和尺寸定义，从而对结构进行最优化设计修正。 关键词：悬臂梁，变形分析，应力分析
目录 一.问题描述： (4) 二.分析的目的和内容： (4) 三.分析方案和有限元建模方法： (4) 四.几何模型 (4) 五．有限元模型 (4) 六．计算结果： (5) 七.结果合理性的讨论、分析 (8) 八．结论 (8) 参考文献 (8)
一.问题描述： 现有一悬臂梁，长500MM，一端固定，另外一端施加一个竖直向下的集中力200N。 其截面20MMX20MM的矩形，现在要分析该梁的在集中力作用下产生的位移，应力和局部应力。 二.分析的目的和内容： 1.观察悬臂梁的变形情况； 2.观察分析悬臂梁的应力变化； 3.找出其最大变形和最大应力点，分析形成原因； 三.分析方案和有限元建模方法： 1.使用ANSYS-modeling-create-volumes-block建模， 2.对梁进行材料定义，网格划分。 3.一端固定，另外一端施加一个向下的200N的力。 4.后处理中查看梁的应力和变形情况。 四.几何模型 500X20X20的梁在在ANSYS中进行绘制.由于结构简单规则，无需简化。 五．有限元模型 单元类型：solid brick8node45 材料参数：弹性模量2e+11pa,泊松比0.3 边界条件：一端固定，一端施加载荷 载荷：F=200N 划分网格后的悬臂梁模型
悬臂梁桥分析与设计说明 1. 概要 本桥为30+50+30三跨混凝土悬臂梁桥，其中中跨为挂孔结构，挂孔梁为普通钢筋混凝土梁，梁长16m。墩为钢筋混凝土双柱桥墩，墩高15m。 （注：本例题并非实际工程，仅作为软件功能介绍的参考例题。） 在简化过程中省略了边跨合龙段模拟、成桥温度荷载模拟。 通过本例题重点介绍MIDAS/Civil软件的施工阶段分析功能、钢束预应力荷载的输入方法、移动荷载的输入方法和查看分析结果的方法等。 阶段01--双悬臂 阶段02--最大悬臂 阶段03--边跨满堂施工 阶段04--挂梁 阶段05--收缩徐变 图1. 分析模型 桥梁概况及一般截面 桥梁形式：三跨混凝土悬臂梁
桥梁长度：L = 30+50+30 = 110.0 m，其中中跨为挂孔结构，挂梁长16m，为钢筋混凝土结构 施工方法：悬臂施工T构部分，满堂支架施工边跨现浇段，边跨合龙时，中跨体系转换为简支单悬臂结构，拆除施工支架，然后施工中跨挂梁， 挂梁与中跨主梁铰接，施工桥面铺装，并考虑3650天收缩徐变。 预应力布置形式：T构部分配置顶板预应力，边跨配置底板预应力 截面形式如下 图2. 跨中箱梁截面 图3. 墩顶箱梁截面 梁桥分析与设计的一般步骤 1. 定义材料和截面 2. 建立结构模型 3. 输入非预应力钢筋 4. 输入荷载 ①.恒荷载 ②.钢束特性和形状 ③.钢束预应力荷载 5. 定义施工阶段 6. 输入移动荷载数据 ①.选择移动荷载规范 ②.定义车道 ③.定义车辆 ④.移动荷载工况 7. 运行结构分析 8. 查看分析结果
使用的材料 ?混凝土 主梁采用JTG04（RC）规范的C50混凝土，桥墩采用JTG04（RC）规范的C40混凝土 ?钢材 采用JTG04（S）规范，在数据库中选Strand1860 荷载 ?恒荷载 自重，在程序中按自重输入，由程序自动计算 ?预应力 钢束(φ15.2 mm×31) 截面面积: Au = 4340 mm2 孔道直径: 130 mm 钢筋松弛系数(开),选择JTG04和0.3(低松弛) 超张拉(开) 预应力钢筋抗拉强度标准值(fpk):1860N/mm^2 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:0.25 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数:1.5e-006(1/mm) 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值: 开始点:6mm 结束点:6mm 张拉力:抗拉强度标准值的75%，张拉控制应力1395MPa ?徐变和收缩 条件 水泥种类系数(Bsc): 5 (5代表普通硅酸盐水泥) 28天龄期混凝土立方体抗压强度标准值,即标号强度(fcu,f):50N/mm^2 t5天 长期荷载作用时混凝土的材龄:= o t3天 混凝土与大气接触时的材龄:= s 相对湿度: % RH = 70 构件理论厚度:程序计算 适用规范:中国规范(JTG D62-2004) 徐变系数: 程序计算 混凝土收缩变形率: 程序计算 ?移动荷载 适用规范：公路工程技术标准(JTG B01-2003) 荷载种类：公路I级，车道荷载，即CH-CD
悬臂梁的受力分析与结构优化 吴鑫龙3136202062 【摘要】悬臂梁不管是在工程设计还是在机械设计中都有着广泛的应用，其有着结构简单，经济实用等优点。但受到其自身结构的限制，一般悬臂梁的力学性能和使用性能都会受到很大的限制。本篇主要探究悬臂梁在使用中的受力情况并从材料力学的角度来对其进行优化设计,并对新设计悬臂梁进行分析。 【Abstract 】Cantilever whether in engineering or mechanical design have a wide range of applications, it has a simple structure, economical and practical advantages. But by its own structural limitations, the general cantilever mechanical properties and performance will be greatly limited. This thesis is focus on exploring the cantilever in use from the perspective of the forces and the mechanical design to be optimized., and analysis the new design cantilever . 【关键词】悬臂梁受力设计 【Keywords】cantilever force analysis optimization 背景及意义 悬臂梁是指梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端（可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力）。在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。但是悬臂梁的缺点在于它的受力性能不好，即使只是在悬臂梁末端施加一个较小的载荷，通过较长力臂的放大作用，也会对底部连接处产生一个很大的弯矩。因此，对悬臂梁强度校核前的受力分析和对其进行优化设计对工程和机械领域的发展都有着极大的意义。 一般悬臂梁的受力分析 一般悬臂梁，既没有经过任何结构和形状改变的普通悬臂梁。
骨干杯 斜拉式悬臂梁设计报告 一、题目 设计域如图，固定端和整个结构宽度不限制，允许在在固定端开孔；材料体积用量≤35ml； 载荷为圆形（直径D=15 mm）均布载荷，方向为垂直向下；
二、设计概述 根据大赛题目的要求，为达到悬臂梁承重最大的目的，在保证材料体积用量在规定范围内，我们采取了简单而又稳定的楔形结构，设计思路来源于生活中常见的斜拉桥。 三、设计方案 ① 斜撑式 设计思路来源于常见的支撑结构 ② 斜拉式 设计来源于斜拉桥经过讨论，与计算分析，最终确定选择斜拉式，并用CAD绘制了初步工程图
CATIA绘制出四种结构三维图
应力校核 ABAQUS分析对比分析多种结构
S, MiSeS (Avg: 75%) ÷1.215e+08 + 1.114e+08 + 1.012e+08 +9.111e+07 +8.099e+07 +7.087e+07 +6.074e+07 +5.062θ+07 +4.050e+07 +3.0388+07 +2.026e+07 + 1.014e÷07 + 1.519e+04 ÷1.112e+08 + 1.019e+08 ÷9.269e÷07 +8.344e -t07 +7.418e÷07 +6.493e+07 +5.568e+07 +4.643θ+07 +3.717e+07 +2.792e+07 + 1.867e+07 +9.418e+06 + 1.654e+05 ODB: n7.odb AbaqUS/Standard 6.13-1 Mon OCt 12 20:56:42 GMT+08:OO 2015 Step: SteP-I InCrement 1: SteP Time ■ 1.000 Primary Var: S, MiSeS ∩αfnrmpri ?∕ΛΓ? I I ∏pf∩rn∩Λtinn Q ΓΛI P PΛctnr ?亠A 9QP P -∩1 S, MiSeS (Avg: 75%) Z PrImary Var: S, MlSeS DefOrmed Var: U DefOrmatlOn SCale Factor: +6.60Ie-OI S B Z
悬臂梁自由端受力的有限元计算 任柳杰10110290005 一、计算目的 1、掌握ANSYS软件的基本几何形体构造、网格划分、边界条件施加等方法。 2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。 3、利用ANSYS软件对梁结构进行有限元计算。 4、梁的变形、挠曲线等情况的分析。 5、一维梁单元，二维壳单元，三维实体单元对计算结果的影响。 6、载荷施加在不同的节点上对结果的影响。 二、计算设备 PC，ANSYS软件（版本为11.0） 三、计算内容 悬臂梁受力模型 如上图所示，一段长100[mm]的梁，一端固定，另一段受到平行于梁截面的集中力F的作用，F=100[N]。梁的截面为正方形，边长为10[mm]。梁所用的材料：弹性模量E=2.0 105[MPa]，泊松比0.3。 四、计算步骤（以梁单元为例） 1、分析问题。 分析该物理模型可知，截面边长/梁长度=0.1是一个较小的值，我们可以用梁单元来分析这样的模型。当然，建立合适的壳单元模型和实体单元模型也是可以的。故拟采用这三种不同的 方式建立模型。以下主要阐述采用梁单元的模型的计算步骤。 2、建立有限元模型。 a)创建工作文件夹并添加标题； 在个人的工作目录下创建一个文件夹，命名为beam，用于保存分析过程中生成的各种文件。 启动ANSYS后，使用菜单“File”——“Change Directory…”将工作目录指向beam 文件夹；使用/FILNAME,BEAM命令将文件名改为BEAM，这样分析过程中生成的文件均 以BEAM为前缀。 偏好设定为结构分析，操作如下： GUI: Main Menu > Preferences > Structural b)选择单元； 进入单元类型库，操作如下： GUI: Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add… 对话框左侧选择Beam选项，在右侧列表中选择2D elastic 3选项，然后单击OK按钮。
悬臂梁结构分析 摘要：以某型自升式钻井平台的悬臂梁为例建立相应结构分析模型，给出了分析的载荷及边界条件，并对不同载荷条件下的计算结果进行了分析和评估，可作为此类结构设计的参考。 关键词：悬臂梁，结构分析. Abstract: to a certain type of jack-up drilling platform as an example of the cantilever beam establish corresponding structure analysis model, and gives out the analysis of load and boundary conditions, and under the conditions of different load calculation results are analyzed and evaluated, and can be used for this kind of structure design of the reference. Keywords: cantilever beam and structure analysis. 正文： 1 引言 陆上可利用的资源和能源越来越少，许多国家都把开发利用海洋资源和能源作为国家战略[1]。经过近几十年的高速发展，我国的能源问题日益严峻。我国的海域辽阔，海上资源的开发潜力巨大，是未来我国能源可持续发展的重点[2~4]。 海上作业平台是进行海上资源开发的重要装备，目前我国在海上钻井平台的开发设计方面与技术先进国家尚有较大差距。移动式海上平台在我国海上油气勘探开发中发挥着重要作用[5]，开展海上平台关键技术研究对保障我国能源安全和推动我国装备制造业的发展具有重要意义。 自升式钻井平台属于海上移动式平台，适宜于近浅海作业，是目前被广泛使用的海上钻井装备之一。本文以某型自升式钻井平台的悬臂梁为例，对其进行结构分析和强度评估，为此类结构的设计提供参考方法。 2 悬臂梁分析模型 大型通用有限元程序MSC.Patran/Nastran被广泛应用于船舶及海洋工程领域，并且通过多数主要船级社的认可，本文采用该程序对悬臂梁进行建模和结构分析。
第41卷第1期应用科技V ol.41 No.1 2014年2月AppliedScienceandTechnology Feb. 2014
第41卷第1期应用科技V ol.41 No.1 2014年2月AppliedScienceandTechnology Feb. 2014 doi:10.11991/yykj.(稿件编号) 网络出版地址： 自升式平台悬臂梁及相关结构设计研究 刘旭东1, 许瑶1, 夏广印2 1.烟台中集来福士海洋工程有限公司，山东省烟台市264000 2.中集海洋工程研究限有限公司，山东省烟台市264670 摘要：为了降低悬臂设计周期，快速评估悬臂梁的强度。通过对自升式平台悬臂梁结构特点及工作状况的分析，运用数学模型法和有限元方法对不同工况的悬臂梁结构进行强度评估。根据国际船级社规范要求，对设计结构进行有限元强度分析，并确定了悬臂梁结构的安全可靠性。 关键词：自升式平台；悬臂梁结构形式；悬臂梁强度评估；悬臂梁力学研究；悬出距离；风暴自存；钩载；钻井载荷中图分类号：TE22文献标志码：A文章编号：1009-671X（2011）01-0004-04 Design of cantilever beam at jack-up platform and related structures Liu Xudong1，Xu Y ao1，Xia Guangyin2 1.Yantai CIMC Raffles Offshore Ltd., YantaiShandong, China264000 2. CIMC Offshore Engineering Institute Co, Ltd., Yantai Shandong, China264670 Abstract：In order to reduce the perior of the cantilever beam design, calculate its strength in short time. Using the theory of cantilever beam design basis, setting up the function expressions for the cantilever beam and deducing the cantilever beam span values.Adopting the theory of cantilever beam design basis, setting up the function expressions for the cantilever beam and deducing the cantilever beam span values. Keywords:Jack-up platform;Cantilever beam structure modality; Cantilever beam strength evaluation; Cantilever beam mechanicsresearch; Hanging out distance; Storm survive; Hook load; Drilling load 自1951年自升式平台诞生以来，已成为当今世界范围内应用最为广泛的油气钻井平台，并且数量仍在不断攀升。悬臂梁结构使得自升式钻井平台的作业能力发生了翻天覆地的变化，不仅功能上得到了大幅提高，能够在导管架生产平台上实施钻井作业、修井作业和钻调整井作业等[1]，设计承载量也得到了减轻，因此建造成本投入也相应地降低。对悬臂梁结构进行研究，对于提高悬臂梁的承载能力、降低成本至关重要。 1悬臂梁结构特点 悬臂梁结构位于自升式平台尾部甲板上，由两条互相平行的工字梁组成，在其上布置了钻台及井架结构。如图1所示，中间为钻台，下方为两条平行的由 收稿日期：2016-08-19.网络出版日期： 作者简介：刘旭东(1980-), 男，工程师，硕士研究生；. 通信作者：夏广印，E-mail：Guangyin.Xia@https://www.doczj.com/doc/5116692048.html,.工字梁组成的悬臂梁主梁。悬臂梁可在固定于尾部甲板的一对滑轨上前后滑动，并带动钻台及井架一起伸向平台尾端舷外[2]。通常所说的常规悬臂梁，是相对于平台船体的船厂方向滑动而实现X方向的移动,而钻台在悬臂梁上作相对于平台Y方向滑动[3]，从而使钻台可以在一个矩形的区域内作业。悬臂梁两侧的主梁是承受荷载的主体，钻台的工作形式是在主梁上部左右移动，钢梁在滑轨上的伸出使得井架活动范围增大。当悬臂梁被滑移到最大悬出距离时，悬臂梁的各组件及钻井作业产生的载荷均会通过悬臂梁传递到主船体上，而直接承受这一载荷的为布置在主船体尾部的垫板，特别是在主梁下部面板与垫板发生接触的翼缘极易形成应力集中[4]。
悬臂梁的受力分析 实验目的：学会使用有限元软件做简单的力学分析，加深对材料力学相关内容的理解，了解如何将理论与实践相结合。 实验原理：运用材料力学有关悬臂梁的的理论知识，求出在自由端部受力时，其挠度的大小，并与有限元软件计算相同模型的结果比较 实验步骤： 1，理论分析 如下图所示悬臂梁，其端部的抗弯刚度为 3 3EI l ，在其端部施加力F ，可得到其端部挠度为：3 3Fl EI ，设其是半径为0.05米，长为1米，弹性 模量11 210E =?圆截面钢梁，则其可求出理论挠度值3 4 43Fl ER ωπ=，先分别给F 赋值为100kN ，200kN ，300kN ，400kN ，500kN .计算结果如下表： 2有限元软件（ansys ）计算： （1）有限元模型如下图：
模型说明,本模型采用beam188单元，共用11个节点分为10个单元，在最有段施加力为F 计算得到端部的挠度如下表所示， 得到梁端部在收到力为100kN时Y方向的位移云图： 将理论计算结果与ansys分析结果比较如下表：
通过比较可得，理论值与软件模拟结果非常接近，在力学的学习中只要能熟练的掌握理论知识，在软件模拟过程中便可做到心中有数，在本实验中理论值是通过材料力学中得一些假设得到的一个解析解，而实验也是用了相同的假设，并将梁离散为十个单元，得到数值解，因此和理论值的误差是不可避免的，通过增加离散单元的个数可以有效的减少误差，但是增大了计算量，因此在实践中，只要选取合适的离散单元数，能够满足实践要求即可，这就需要有更加扎实有限元知识作为指导。 通过本次试验，让我对力学知识及力学知识的应用有了更进一步的了解，对今后的学习应该有一定的指导意义。 附：ansys命令流 /TITLE,liangfenxi /PREP7 !* ET,1,BEAM188 !* !* MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2e11 MPDATA,PRXY,1,,0.3 SECTYPE, 1, BEAM, CSOLID, q, 0
钢筋混凝土长悬臂梁结构设计新方法 摘要：通过对钢筋混凝土长悬臂梁结构的受力特点，推导了荷载作用下长悬臂梁结构扭转变形的计算公式。在此基础上，分析了外荷载作用下结构的破坏机理，并提出了减小长悬臂梁结构破坏的设计方法。针对钢筋混凝土长悬臂梁结构，提出了其设计流程。最后，根据长悬臂梁根部受荷特点，提出了长悬臂梁结构根部钢筋的配置方法。研究成果可为钢筋混凝土长悬臂梁结构的设计提供一定的参考作用。 关键词：钢筋混凝土；长悬臂梁；结构设计；受力分析 Abstract: through analyzing the cantilever beam structure of reinforced concrete long the mechanical characteristics, and deduced the load long cantilever beam structure calculation formula of the deformation of the reverse. On this basis, the analysis of the load of the failure mechanism structure, and puts forward the decrease of the destruction of the cantilever beam structure long design method. For reinforced concrete long cantilever beam structure, and put forward the design process. Finally, according to the cantilever beam by lotus root long characteristics, puts forward the cantilever beam structure reinforced the long configurations. Research results can for reinforced concrete structure design of the cantilever beam long provide certain reference function. Keywords: reinforced concrete; Long a cantilever beam; Structure design; Stress analysis中图分类号：TU528.571文献标识码：A文章编号： 经济的持续稳定增长带动建筑行业的飞速发展，作为建筑结构物的主要材料，钢筋混凝土发挥着关键作用。在各类建筑结构物中，阳台、外走廊等构造是组成建筑物必不可少的部分，这些构造通常采用悬臂梁结构。在进行结构设计时，考虑到影响结构承载力的因素很多，通常结构设计方法不唯一，可以有多种方法。例如，可以选择不同的梁截面尺寸。一般来讲，当结构的外部荷载一定且梁的截面尺寸减小时，梁的配筋将增加。当梁截面尺寸较小时，可以减小混凝土的使用量，但钢筋的用量要增加，因而二者尽管安全性一样，但经济性却存在差别。在满足结构承载能力和安全可靠度的基础上，结合钢筋混凝土长悬臂梁结构特点，选择长悬臂梁结构设计的新方法，对节约资源，减少污染，提升社会效益具有重要的意义[1-2]。 1 结构分析 1.1受力特点 相对于悬臂梁结构，长悬臂梁结构在受力方面显得更为不利，由于其悬臂较长，在外部荷载作用下，其端部受力更为复杂，端部受力要求更高。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/5116692048.html, 十字相交悬臂梁弯矩及剪力简化计算 作者：曹晓斌 来源：《中国建筑科学》2015年第06期 摘要：在工程设计中，会碰到十字相交悬臂梁，这种结构体系受力性能有别于一般的平 面悬臂梁，但也不能将其考虑成两端固支的梁，本文将从结构力学的角度着手，考虑十字相交悬臂梁的变形协调性，分析这类结构在收到集荷载和均布荷载的弯矩与剪力。 关键词：变形协调；十字相交；悬臂梁；剪力；弯矩 Simplified calculation of bending moment and shearing force for the intersecting cantilever beams Cao Xiao-bin Abstract： In structure design， there could be intersecting cantilever beams， the internal force of this structure are different from that of plan cantilever beams， it can not be considered as fixed beams at both ends， take the compatibility deformation into consideration， this paper will analysis the bending moment and shearing force of the structure in this kind. Key words： compatibility deformation； intersecting； cantilever beams； shearing force；bending moment 1.前言 实际工程中，存在十字相交悬臂梁结构，如图1，这类结构由于相互垂直的梁的影响，不能将两根梁简单地考虑为平面内悬臂梁，若相交的两段梁中仅有一根梁上有荷载作用，那么另一根梁就可以对这根梁起到一定的支撑作用，如若两段梁的跨度、受力的大小、受力位置、刚度均不相同，该如何进行受力分析。参照结构力学[1]，本文将从两段梁受力，变形协调方面 来分析此类结构受力。 2.理论计算 为方便计算，本文忽略扭矩的影响。AB：惯性矩I1，长度l1。AC：惯性矩为I2，长度 l2。 2.1 受集中荷载作用
基于ANSYS 10.0 对悬臂梁的强度及变形分析 姓名：刘吉龙 班级：机制0803班 学号：200802070516
对悬臂梁的受力及变形分析摘要：本研究分析在ANSYS10.0平台上，采用有限元法对悬臂梁进行强度与变形分析、验证此悬臂梁设计的合理性。 一、问题描述 长度L=254 mm的方形截面的铝合金锥形杆，上端固定，下端作用有均布拉力P=68.9 Mpa，上截面的尺寸50.8×50.8 mm，下截面尺寸25.4×25.4 mm（见右图），弹性模量E=7.071×104 Mpa，泊松比μ=0.3，试用确定下端最大轴向位移δ和最大轴向应力。试将分析结果与理论解进行比较，说明有限元分析的误差。（理论解：最大轴向位移δ=0.1238 mm）。 二、建立有限元模型： 定义模型单元类型为：solid（实体）95号单元，材料常数为：弹性模量 E=7.071×104 Mpa，泊松比μ=0.3。 三、有限元模型图： 建立有限元模型时，观察模型的形状可知，我们可以先建立模型的上下底面，再根据有上下底面形成的八个关键点（keypoints）生成线，接着生成面，生成体。最后生成该悬臂梁的模型图，示图如下：
整个模型建立好之后即可对其划分网格，划分网格时，若选择自由划分则生成的网格比较混乱，不能比较准确的模拟该梁真实的受力变形情况。故我们选择智能划分模式，并且分别对模型的各个棱边（lines）进行均匀分割，这样可以划分出比较理想的网格，更利于我们的研究和分析。网格划分之后的模型图为： 四、加载并求解： 根据该悬臂梁的受力特点，我们在其下底面（比较大的底面）上进行六个自由度的位移约束，而在其上地面上施加大小为P=68.9 Mpa均布拉力，将载荷加载好之后便可进行运算求解，求解完成之后，我们得到其位移变形图如下：
悬臂梁的弯矩计算方法可参考材料力学。你没有说清楚悬臂梁上作用的是什么样的荷载形式，所以没有办法直接给答案，给你下以几种，让你参考吧 （一）、受端部集中荷载作用时 其悬臂梁上的弯矩值是Px，其中P是端部集中力，x是从端部到另一端的距离。（二）、受均布荷载作用时 其悬臂梁上的弯矩值是qx2/2，其中q是均布线荷载，x是从端部到另一端的距离。 设为均布荷载下。悬臂梁悬臂净长L。 计算悬臂梁自重及其担负楼板面积的自重计g KN/m；（包括上下粉刷重） 计算悬臂梁担负楼板面积上的活荷载q KN/m；（楼面活荷载标准值查荷载规范GB50009-2001) 承载能力极限计算的荷载基本组合值为1.2g＋1.4q＝Q1 正常使用极限计算的荷载标准组合值为g＋q＝Q2 支座截面的弯矩＝1/2Q×L^2。 （计算两种极限状态的弯矩分别代入Q1或Q2值）同问已知弯矩、板混凝土强度、钢筋型号，如何求板配筋？？例如弯矩21.1KN/m，H=150mm，C25混凝土，二级钢求As 2011-11-01 11:18 提问者：影子伯爵之羽|浏览次数：808次 我来帮他解答 您还可以输入9999 个字 推荐答案 2011-11-01 14:02 二、设计依据 《混凝土结构设计规范》GB50010-2002 三、计算信息 1. 几何参数 截面类型: 矩形 截面宽度: b=1000mm 截面高度: h=150mm 2. 材料信息 混凝土等级: C25 fc=11.9N/mm2 ft=1.27N/mm2 钢筋种类: HRB335fy=300N/mm2 最小配筋率: ρmin=0.200％ 纵筋合力点至近边距离: as=15mm 3. 受力信息 M=21.100kN*m
钢丝绳经验公式 现场快速口算的经验公式：钢丝绳最小破断拉力≈D*D/20 (吨)。D 为钢丝绳直径。 如：υ20mm 钢丝绳最小破断拉力≈20*20/20=20(吨) 理论值：6*37+FC-1670 υ20的钢丝绳为197kN ；6*19+FC-1670的为205kN 。 吊耳计算 [σ]—许用应力，MPa ，一般情况下， [] 1.5 s σσ= σs-屈服强度 [τ]—许用剪应力，MPa ， [] τ= []c σ：许用挤压应力，MPa ，[][]1.4c σσ= 1、简化算法 (1)拉应力计算 如上图所示，拉应力的最不利位置在c －d 断面，其强度计算公式为： []2()P R r σσδ = ≤- 其中：σ—c-d 截面的名义应力， P —吊耳荷载，N [σ]—许用应力，MPa ，一般情况下， [] 1.5 s σσ= （2）剪应力计算 如图所示，最大剪应力在a-b 断面，其强度计算公式为： []()p P A R r ττδ = =≤-
式中：[τ]—许用剪应力，MPa ， [] στ= （3）局部挤压应力计算 局部挤压应力最不利位置在吊耳与销轴结合处，其强度计算公式为： []c c P d σσδ = ≤? 式中：[]c σ：许用挤压应力，MPa ，[][]1.4c σσ=。d-销轴直径 （4）焊缝计算： A ：当吊耳受拉伸作用，焊缝不开坡口或小坡口，按照角焊缝计算： h h e w k P h l ττ???= ≤??? P —焊缝受力， N k —动载系数，k=1.1， e h —角焊缝的计算厚度，0.7e f h h = ，f h 为焊角尺寸，mm ； w l —角焊缝的计算长度，取角焊缝实际长度减去2f h ，mm ； h τ???? —角焊缝的抗压、抗拉和抗剪许用应力，h τ??= ?? ,[] σ为母材的基本许 用应力。 B ：当吊耳受拉伸作用，焊缝开双面坡口，按照对接焊缝计算： (2)h h k P L σσ δδ???= ≤?? - 式中： k —动载系数，k=1.1； L —焊缝长度，mm ； δ—吊耳板焊接处母材板厚，mm ； h σ????—对接焊缝的纵向抗拉、抗压许用应力， []0.8h σσ? ?=??，[]σ为母材的基本许用应力。
悬臂梁在均布荷载下的应力状况 摘要：悬臂梁在现实生活中很常见，对于悬臂梁的分析采用弹性力学里的应力边界条件和平微分方程和相容方程进行求解计算分析，再结合材料力学的知识进行分析，深入系统的了解悬臂梁的手里特点。 关键词：静定梁、悬臂梁、弹性力学、材料力学、受力特点 现实生活中的房屋建筑中，存在很多的悬臂梁结构，身边的例子很多，例如 体育场的看台，城市里房屋的阳台，农村房屋中很多都有屋檐，而其都是靠悬臂梁的支撑才能结合上面的附属物件构成。现在我们就对悬臂梁的应力情况分别采用弹性力学和材料力学的相关知识进行分析 如图所示梁受荷载作用，求解其应力 1、弹性力学求解 解：本题是按应力求解的。 基本公式 x C xy h q C y C y h q y y x h q xy y x 123213332362)46(+=+--=-- =τσσ 1、在应力法中，应力分量在单连体中必须满足： y ql x ??? ? ??-20222qh ql l 202qh q o h /2 h /2 （l ＞＞h ，δ＝1）
（1）平衡微分方程；00=+??+??=+??+??y xy y x yx x f x y f y x τστσ （2）相容方程 () 02=+?y x σσ； （3）应力边界条件（在σs s =上）。 将应力分量代入平衡微分方程和相容方程，两者都能满足。 2、校核边界条件 （1）在主要边界上 04602123=???? ??+?=±=C h h q x h y xy ，即时，τ,由此得 h q C 231-= q C h C h h q q h y y -=++??? ? ??--=-=2133282,2即－时，σ，由此得 22q C - = 0==y h h y σ时，，将C 1、C 2代入后满足。 将C 1、C 2代入式（a ），得到应力公式： () ??? ? ??-=???? ??+--=--=14232232123222 23223h y h qx h y h y q y x h qy xy y x τσσ （b ） （2）再将式（b ）代入次要边界条件 00==xy x τ时， 33 4h y q x =σ，其主矢量为 0) (02 2==-?dy x h h x σ 而主矩为20 )(22 20qh ydy h h x x =?-=σ x =l 时，，其主矢量为； （2分） )46(323y y l h q x --=σql dy h h x xy -=?-=220)(τ)14(2322-=h y h ql xy τ，其
十字相交悬臂梁弯矩及剪力简化计算 在工程设计中，会碰到十字相交悬臂梁，这种结构体系受力性能有别于一般的平面悬臂梁，但也不能将其考虑成两端固支的梁，本文将从结构力学的角度着手，考虑十字相交悬臂梁的变形协调性，分析这类结构在收到集荷载和均布荷载的弯矩与剪力。 Key words：compatibility deformation；intersecting；cantilever beams；shearing force；bending moment 1.前言 实际工程中，存在十字相交悬臂梁结构，如图1，这类结构由于相互垂直的梁的影响，不能将两根梁简单地考虑为平面内悬臂梁，若相交的两段梁中仅有一根梁上有荷载作用，那么另一根梁就可以对这根梁起到一定的支撑作用，如若两段梁的跨度、受力的大小、受力位置、刚度均不相同，该如何进行受力分析。参照结构力学[1]，本文将从两段梁受力，变形协调方面来分析此类结构受力。 2.理论计算 为方便计算，本文忽略扭矩的影响。AB：惯性矩I1，长度l1。AC：惯性矩为I2，长度l2。 2.1 受集中荷载作用 AB受集中力F1，距离端部α1l1，AC受集中力F2，距离端部α2l2，假设AB端部相对于AC端部有下降的趋势，故而，此时可认为AB收到AC向上的支撑力P的作用，反之，AC收到AB向上的支撑力P的作用。AB，AC的MP 图和图分别如图2，图3所示。 2.2 受均布荷载作用 AB梁受均布荷载q1，AC梁受均布荷载q2，则AB与AC的MP图和图分别如图4，图5所示 3.结论 考虑十字相交悬臂梁相交点有相同位移，本文应用结构力学的方法，推导出了受集中荷载和均布荷载时梁固端弯矩值和梁上剪力值： （1）受集中荷载作用时，AB梁固端弯矩值如式（6），剪力（7）和（8），AC梁固端弯矩值如式（9），剪力值如式（10）和（11）；并计算得到了当I1=I2，l1=l2=l时，B端弯矩值如式（12），C端弯矩如式（13），当集中力作用在梁的交
悬臂梁自由端受力的有限元计算 一、计算目的 1、掌握ANSYS软件的基本几何形体构造、网格划分、边界条件施加等方法。 2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。 3、利用ANSYS软件对梁结构进行有限元计算。 4、梁的变形、挠曲线等情况的分析。 5、一维梁单元，二维壳单元，三维实体单元对计算结果的影响。 6、载荷施加在不同的节点上对结果的影响。 二、计算设备 PC，ANSYS软件（版本为11.0） 三、计算内容 悬臂梁受力模型 如上图所示，一段长100[mm]的梁，一端固定，另一段受到平行于梁截面的集中力F的作用，F=100[N]。梁的截面为正方形，边长为10[mm]。梁所用的材料：弹性模量E=2.0 105[MPa]，泊松比0.3。 四、计算步骤（以梁单元为例） 1、分析问题。 分析该物理模型可知，截面边长/梁长度=0.1是一个较小的值，我们可以用梁单元来分析这样的模型。当然，建立合适的壳单元模型和实体单元模型也是可以的。故拟采用这三种不同的方式建立模型。以下主要阐述采用梁单元的模型的计算步骤。 2、建立有限元模型。 a)创建工作文件夹并添加标题； 在个人的工作目录下创建一个文件夹，命名为beam，用于保存分析过程中生成的各种文件。 启动ANSYS后，使用菜单“File”——“Change Directory…”将工作目录指向beam 文件夹；使用/FILNAME,BEAM命令将文件名改为BEAM，这样分析过程中生成的文件均 以BEAM为前缀。 偏好设定为结构分析，操作如下： GUI: Main Menu > Preferences > Structural b)选择单元； 进入单元类型库，操作如下： GUI: Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add… 对话框左侧选择Beam选项，在右侧列表中选择2D elastic 3选项，然后单击OK按钮。 本步骤也可以用以下命令行形式代替：
三角形悬臂梁应力分析 摘要：在有限元分析软件ANSYS12.0平台上建立三角形悬臂梁的力学模型，添加约束和载荷，计算出应力分布，并与理论计算值相比较。 ⒈ 引言 目前，ANSYS 软件具有其强大的功能已经被广泛的应用于机械，化工，土木，交通等各个领域。应用ANSYS 分析，可以大大减少人力物力的投入，而且可靠性高，对于三角形悬臂梁分析其应力和变形情况，分析方法和结论可作为这类设计的参考。 ⒉ 计算模型 Ⅰ问题描述 【三角形悬臂梁忽略重力作用，∠BAC=α，AB 边上作用均布载荷q ，求应力的解析表达，计算出BC 边上的应力值并与ANSYS 计算值比较，绘出应力曲线图】 选取应力函数： Ansys 计算参数值：AB=1000mm ，α=30°，厚度t=20mm 2222[()sin cos cos tan ]C r r r ?θθθθα=?-+- Ⅱ解析解 根据弹塑性平面问题的极坐标解答，利用以下公式推导：
222222211111() r r r r r r r r r r r θθ??σθ?σ???τθθθ??=+ ???=?????=-=-????? 以及 222 2 cos sin 2sin cos sin cos 2sin cos x r r y r r θθθθσσθσθτθθσσθσθτθθ =+-=++ 已知 2222[()sin cos cos tan ]C r r r ?θθθθα=?-+-， 故有以下式子成立： 2222 222222 2 [2()2sin cos 2cos tan ][2()2sin cos 2cos tan ][cos 2sin 2tan ][2sin 22cos 2tan ]C r r r r C r C r r r C r r ? αθθθθα? αθθθθα? θθαθ?θθαθ ?=-+-??=-+-??=-++??=-+? 所以， 2222 2222211[2()sin 22cos tan 2cos 2tan ][2()sin 22cos tan ]111()[1cos 2sin 2tan ] r r C r r r C r C r r r r r θθ??σαθθθαθαθ? σαθθθα???τθθαθθθ??=+=---+???==-+-?????=-=-=--????? 因此， 222222222224cos sin 2sin cos [2()2sin 2cos 2cos tan 2cos cos 2tan sin 2cos 2sin 2tan ] sin cos 2sin cos [2()2cos sin 2cos 2sin 2tan 2tan sin cos 3tan cos ]x r r y r r C C θθθθσσθσθτθθ αθθθθαθθαθθθασσθσθτθθ αθθθθθααθθαθ=+-=---+++=++=-+-++- 由边界0()/y y q t σ==-,即当0θ=时，/y q t σ=-；带入y σ的表达式中可得： 2(tan ) q C t αα= -