７２ 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 第６期 ２０１３年６月
基于有限元法的抛物 线拱稳定性及动力学分析
郭俊材，于兰峰，朱小龙，文广，于瀚翔，李少鹏
（西南交通大学机械工程学院，Ｉ￣ｔ）ｌｌ成都６１００３ １）
摘要：应用大挠度弹塑性有限单元法对承受竖向均布荷栽和跨中集中荷载的抛物线拱结构平面外稳定承载力进行研
究。使用弧长法对抛物线拱结构的平面外屈曲荷载一位移平衡路线进行全过程跟踪研究。应用动力学有限元方法分析抛 物线空间拱结构的瞬态动力学问题，使用完全法对时程位移曲线进行全过程跟踪研究。荷栽分析工作为抛物线拱结构的
稳定性分析和瞬态动力学分析提供了一种有效的思路，其结果为抛物线拱结构失稳问题的研究提供了重要的依据。
关键词：抛物线拱；有限单元法；弹塑性屈曲；弧长法ｉ瞬态动力学 中图分类号：ＴＨ１６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３９９７（２０１３）０６－００７２－０３
Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ａｒｃｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｂａｓｅｄ
ｏｎ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ
ＧＵＯ Ｊｕｎ—ｃａｉ，ＹＵ Ｌａｎ－ｆｅｎｇ，ＺＨＵ Ｘｉａｏ－ｌｏｎｇ，ＷＥＮ Ｇｕａｎｇ，ＹＵ Ｈａｎ－ｘｉａｎｇ，ＬＩ Ｓｈａｏ—ｐｅｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：／ｔ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｏｕｔ－ｐｌａｎｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆｐａｒａｂｏｌｉｃ ａｒｃｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｕｎｉｆｏ ｌｏａｄ ａｎｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｌｏａｄ ｂｙ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ肌ｅｌａｓｔｉｃ ｐｌａｓｔｉｃ ｌａｒｇｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｆｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｔｙ￣ｉｓ．Ｔｈｅ丘ｆ２ ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌ￣
第２４卷第３期 计算机仿真 ２００７年３月
文章编号：１００６—９３４８（２００７）０３—０２６６—０４
－＿＿】 Ｅｊ 同 速公路护栏的冲击动力学分析有限元模型
张晓晴，黄小清，汤立群
（华南理工大学交通学院，广东广州５１０６４０）
摘要：为了对高速公路护栏系统开展全面的冲击动力学分析及其优化设计，建立了高速公路波形梁护栏系统受冲击荷载作
用的有 馍型，并对建立的护栏系统模型进行了合理性的检验。采用ＦＥＭＢ软件作为前处理软件，首先根据行业规范建
立起包含波形护栏梁、防阻块以及立柱的护栏系统有限元模型，将建立好的三跨缩比护栏系统的有限元模型在冲击条件下
与相应的冲击试验进行对比分析，检验了模型的有效性。由于真实护栏系统是多跨连续的，通过对比不同跨数的模型在冲
击条件下的结果，确定了足够反映真实多跨连续护栏的合理跨数。结果表明，建立的有限元模型可准确有效地反映真实护
栏系统的特性，可用于护栏系统的冲击动力学分析及其优化设计。
关键词：护栏系统；动力学分析；有限元模型
中图分类号：Ｕ ４１７．１；０３４７．１ 文献标识码：Ａ
Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｄｙｎａｍｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈｉｇｈｗａｙ
Ｇｕａｒｄｒａｉｌ ｕｎｄｅｒ Ｉｍｐａｃｔ
ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｑｉｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｑｉｎｇ，ＴＡＮＧ Ｌｉ—ｑｕｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｔｅｃｈ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５ １０６４０，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｋｅ ｏｆ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｇｕａｒｄｒａｉｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｄｅｓｉｇｎ，ａ
ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｅｍｉ—ｒｉｇｉｄ Ｗ—ｂｅａｍ ｈｉｇｈｗａｙ ｇｕａｒｄｒａｉｌ ｓｙｓｔｅｍ ｕｎｄｅｒ ｉｍｐａｃｔ ｌｏａｄｉｎｇ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ
隔板对悬臂梁力学性能影响的静力学分析
（byTYH 机自）
摘要：本文基于现代设计技术课程，结合课上所学到的有限元分析技术及理论，运用ansys
workbench软件对模型进行静力分析，获得采用不同类型隔板的空心悬臂梁受力后的变形情况，分析其力学性能，验证以前学到的理论知识。
正文：
一. 模型
悬臂梁模型一。如图 1所示，其基本尺寸为：400mm×100mm×100mm，壁厚为10mm，其中一端固定，另一端为自由状态。为了便于在自由端施加作用力，在自由端增加一个尺寸为：100mm×20mm×5mm的凸台。
图1.悬臂梁模型一
悬臂梁模型二在模型一的基础上添加纵向隔板，如图2所示。
图2.悬臂梁模型二
悬臂梁模型三在模型一的基础上添加斜向隔板隔板，如图3所示。
图3.悬臂梁模型三
悬臂梁模型四在模型一的基础上添加横向隔板隔板，如图4所示。
图4.悬臂梁模型四
为了更易于分析，以上四个模型先在3维绘图软件solidworks中绘制出来，在分析时依次导入使用。
二. 有限元分析
启动Ansys Workbench进入工作界面，要做的分析类型为静态结构分析，因此双击toolbox中的在工具箱中的Analysis System→Static StStatic新建一个项目。
项目建好后，首先需要编辑材料参数。所用材料为45号钢，查相关资料可知45号钢的密度为 7890 kg/m^-3，杨氏模量为2.09E+11，泊松比为0.269。
双击项目框中的Engineering Data项，进入材料参数设置界面，新建材料并命名45，选中Density和IsotropicElastidty选项，然后输入相应参数，如图5所示。材料设置好后退回workbench主界面。
图5.编辑材料参数
导入模型，双击项目框中的Geometry，进入建模界面。由于模型已经提前建好，因此这里只需导入即可，如图6所示。完成之后退回workbench主界面。
相控阵天线板有限元动力学仿真分析
摘 要：文章首先介绍了天线板滑倒过程的有限元动力学仿真；然后对仿真结果进行了分析，并初步得出了天线板的刚度和强度是符合要求的结论；最后，提出了如何提高天线板刚度和强度的措施，如合理设计框架的梁、应用新材料等措施。
关键词：相控阵天线；动力学仿真；有限元
1 绪论
相控阵天线作为发射和接收电磁波的设备已广泛地应用于军事和民用电子领域。平面阵列天线的结构设计主要在于天线框架的结构设计，在给定天线阵面平面度要求的情况下，如何合理设计天线框架的结构就成为一道摆在结构设计人员面前的难题。天线板在滑倒过程中，会与人造革地面发生接触与碰撞，而碰撞时会产生很大的冲击力，这将会使天线板出现很大的应力。因此，要获取天线板滑倒过程中的有限元动力学仿真结果，并根据所获得的仿真数据来研究天线板在滑倒过程中的动态应力和变形规律，分析天线板滑倒时的结构损坏原因，为该类产品的结构设计提供理论依据。
2 天线板滑倒过程的有限元动力学仿真
在运用有限元软件对天线板滑倒过程进行仿真时，建立合适的模型，使天线板在一个将要与人造革地面发生碰撞的初始位置开始运动，并赋予天线板在该位置一个初始速度，在误差允许的范围内，该方法是可取的。最终应用的碰撞与接触模型见图1。
3 天线板有限元动力学仿真结果分析
3.1 电气板有限元动力学仿真结果
根据对结果的观察，电气板的应力在发生碰撞后5 ms左右达到峰值，故对这一时刻的结果要加以注意。图2、图3列出了电气板在5 ms左右的应力、应变云图。
由电气板的应力、应变云图可看出，电气板边沿的应力、应变较大，这主要是由于边沿部分在碰撞时是主要的受力部分，从而导致其变形比其他地方的大。总的来说，电气板的应力值并不是很大，由应力曲线图可看出最大应力值在25
MPa左右。
3.2 框架有限元动力学仿真结果
通过对框架的应力云图的观察，可知峰值应力大概出现在碰撞发生后3 ms左右。由框架的应力曲线图可以看出，框架的最大应力在200 MPa左右，远大于电气板的应力值，这主要是由于框架作为整个天线板的主要承力构件，其刚度较大的缘故。又从应力云图可看出，框架有一侧的应力较大，这主要是由于该一侧在开始时是靠在调试平台上的，当天线板滑倒时，该侧的速度将会很大，在与地面碰撞时，将会造成很大冲击，形成很大的应力，从而出现该侧应力值远大于另一侧的情况。
