Análisis de tensión de los nodos de la estructura de celosía de una sola capa del Museo de Ciencia y Tecnología de Shanghai
Análisis de tensiones de juntas de estructura reticular monocapa del Museo de Ciencia y Tecnología de Shanghai
Zhao Jincheng y Xu Hongming
(Universidad Jiaotong de Shanghai, Shanghai 200030 )
Resumen: El programa de análisis de elementos finitos ANSYS se utilizó para analizar los nodos típicos de la estructura reticular de una sola capa del Museo de Ciencia y Tecnología de Shanghai mediante el análisis de tensión de las bielas. p>
placas de nodos y pernos en los nodos, se concluyó que algunas conclusiones significativas.
Palabras clave: Análisis de elementos finitos de nodos de estructura de caparazón reticulado de una sola capa
STRESSANALYSISOFTHEJOINTOFADOMESHANGHAIM
XuHongming
JiaotongUniversity Shanghai 200030)
ResumenLa típica cúpula de aluminio elipsoide conjunta en la parte central del Museo de Ciencia y Tecnología de Shanghai
se analiza utilizando el programa de elementos finitos ANSYS análisis conjunto de elementos finitos
La parte central del Museo de Ciencia y Tecnología de Shanghai. El edificio es una estructura de celosía elipsoide gigante de una sola capa. La estructura de celosía está diseñada y producida por la empresa estadounidense TEMCOR. El tamaño del eje largo es de 67 m, el tamaño del eje corto es de 51 m y la altura es de 4116 m. La varilla adopta una sección transversal en forma de I de aleación de aluminio y titanio. Un nodo típico se muestra en la Figura 1. El nodo tiene seis varillas de sección transversal en forma de I y dos placas de nodo superior e inferior de aleación de aluminio, que están conectadas a las varillas mediante pernos de sujeción. El centroide y el eje principal de cada varilla de sección transversal en forma de I no están en el mismo plano, sino que forman un ángulo entre sí. En comparación con otras formas de nodos, este tipo de nodo tiene las ventajas de una estructura simple y liviana, ahorro de materiales, sin necesidad de soldadura, construcción conveniente y forma hermosa.
Encuentra su mecanismo de destrucción.
1. Supuestos básicos
(1) Un extremo del perno se fija a la cartela y el otro extremo se fija a la varilla.
No se considera la influencia de la rosca;
(2) Análisis elástico
(3) No se considera la influencia del par del miembro y el momento flector en el plano del nodo; considerado;
(4) Límite durante la carga La naturaleza de la condición permanece sin cambios. 2. Establecimiento del modelo de análisis
(1) Varillas: establezca un sistema de coordenadas local basado en la posición espacial y la relación de tamaño entre las varillas de sección transversal en forma de I, los pernos de conexión y
y placas de conexión en el sistema de coordenadas local, primero construya una sección transversal en forma de I y una línea recta paralela a una varilla, y extienda la sección transversal a lo largo de la línea recta durante una cierta distancia para completar el modelado de la varilla.
(2) Placa de refuerzo: Porque la placa de refuerzo no es una placa delgada y plana, sino una placa ligeramente delgada.
Figura 1: Diagrama de nodos de la carcasa reticulada mm
Los nodos están en la estructura de capa reticulada. Tiene un papel e importancia especiales, porque hay muchas bielas en cada nodo y la posición espacial de cada barra es multidireccional. El flujo de fuerza tridimensional se transmite a través de los nodos. También es muy complicado el diseño de los nodos. Si es bueno o malo es sin duda una de las claves del éxito o fracaso de la estructura de caparazón reticulada.
Este artículo utiliza el software ANSYS para realizar un análisis de elementos finitos en la tensión tridimensional del nodo. El propósito es comprender la tensión de todo el nodo y luego explorar
Industrial Construction2001, Vol131, No110
Hay flexión, por lo que el modelado es más complejo. En cuanto a toda la capa de red, su superficie exterior es un elipsoide y la placa de nodos debe ser parte de la capa de elipsoide. Este artículo utiliza aproximadamente la placa de nodos como parte de la capa esférica. Primero, se construye una superficie esférica y el radio de la esfera es el promedio del radio del eje mayor y el radio del eje menor del elipsoide. Luego, de acuerdo con el tamaño de la placa del nodo, seleccione un segmento de línea corto en la esfera y dibuje esta línea.
Primer autor: Zhao Jinchengnan, nacido en abril de 1965, profesor asociado Fecha de recepción: 2001. -06-15
Arquitectura Industrial 2001 Volumen 31 Número 10 7
Una superficie curva se obtiene girando la sección a lo largo de un determinado eje central. El nodo se obtiene extendiendo la superficie curva. a lo largo de su línea normal hasta el espesor de la placa de refuerzo.
(3) Pernos: Se supone que los pernos son de tipo cortante. 3. Mallado
(1) Selección de tipos de elementos
En este análisis, los miembros, las cartelas y los pernos de conexión utilizan elementos sólidos tridimensionales tetraédricos de 8 nodos, cada nodo tiene 3 grados de libertad.
(2) Determinación del tamaño de la cuadrícula unitaria
Teniendo en cuenta las condiciones reales de ingeniería y la influencia de factores como el rendimiento de la computadora y la velocidad de cálculo, el área del nodo se divide en varios bloques , y luego bloque por bloque Realizar la división de unidades. La cuadrícula dividida específica se muestra en la Figura 2 4
Figura 31-SYZ; 2--S2; 5-S3
El estado es muy difícil de simplificar. La varilla tiene una restricción de superficie fija. En referencia a las fuerzas internas de toda la estructura de la rejilla, solo se aplican momentos de flexión y presiones de superficie axial perpendiculares al plano del nodo a las cinco varillas no restringidas en el análisis de nodos. p>
.
Esto muestra que la fuerza sobre el perno es un esfuerzo cortante, mientras que el esfuerzo normal es muy pequeño. La tensión de tracción máxima (esfuerzo principal) es de 235 MPa y la tensión de compresión máxima (esfuerzo principal) es de aproximadamente 210 MPa. El esfuerzo cortante máximo es de aproximadamente 200 MPa a lo largo del eje x, que es aproximadamente igual al esfuerzo principal máximo. A partir de esto, se puede juzgar que el daño de este perno debería ser principalmente falla por corte.
A través del análisis y comparación de pernos en varias partes, se puede ver que la forma del diagrama de tensión principal del perno es consistente con su diagrama de fuerza cortante, lo que significa que la tensión del perno es principalmente fuerza cortante. Debido a que la tensión en cada miembro en forma de I es principalmente fuerza axial, el momento flector en la sección en forma de I solo juega un papel pequeño. Entre los pernos de conexión entre la placa de brida y la cartela del mismo miembro, el desplazamiento, el esfuerzo cortante máximo y el esfuerzo principal máximo son todos aproximadamente iguales. A partir de esto, se puede juzgar además que el esfuerzo sobre estos pernos es básicamente uniforme. , es decir, no hay duda de qué parte del perno se corta primero. Además, a través del análisis del desplazamiento de la varilla del perno, se puede concluir que la posibilidad de falla por flexión de la varilla del perno es poco probable. 512 Placa de refuerzo
La Figura 4 muestra la curva de cambio de tensión de la placa de refuerzo superior a lo largo de la longitud del diámetro
.
Figura 2 División de malla
Refiriéndose a los resultados del análisis de fuerza interna de la estructura, comenzando desde los miembros de restricción y mirando hacia abajo en sentido antihorario, la magnitud de la carga aplicada es, la primera varilla : M= 20kN?m, fuerza superficial: p=30MPa; 2.ª raíz: M=15kN?m, p=40MPa; 3.ª raíz: M=30kN?m, p=35MPa; =25MPa; raíz nº 5: M=25kN?m,
p=50MPa.
5. Análisis y discusión de resultados 511 Pernos
De acuerdo con los valores de tensión enumerados en ANSYS, encuentre los pernos con una tensión relativamente grande y luego analice estos pernos. La Figura 3 muestra los cambios en la tensión cortante y la tensión principal de los pernos en el medio de la cartela superior a lo largo del eje central.
SYZ en la figura representa la fuerza cortante en la dirección normal del plano yz,
Figura 4 Curva de distribución de tensiones de la cartela superior
1-S1; ; 4-S2 ;5-SX;6-S3
S1 representa la tensión principal y SX representa la tensión normal a lo largo del eje x.
El diagrama de tensión principal y el diagrama de tensión cortante reflejan que la tensión máxima sobre el perno se encuentra aproximadamente en la unión del ala del miembro y la cartela.
La línea del diagrama de tensiones principal es consistente con 8
Del diagrama de tensiones, se puede ver que la línea del diagrama de tensiones normal es consistente con el diagrama de tensiones principal
línea. : La tensión cortante es muy pequeña en comparación con la tensión normal, casi insignificante. Para la cartela, cuanto más cerca del borde, menor es la tensión. Esto se debe a que la fuerza sobre el miembro primero transfiere parte de la fuerza a la cartela a través de los pernos del borde y luego transfiere parte de ella a través del segundo. fila de pernos, hasta que toda la fuerza se pase al tablero de nodos. También es obvio que la concentración de esfuerzos ocurre en los orificios de los pernos. La tensión principal máxima se encuentra en el borde interior de la cartela y la presión es de aproximadamente 7317 MPa. Esta tensión es muy diferente de la resistencia última de la cartela.
Además, el diagrama de desplazamiento de la cartela muestra que el mayor desplazamiento en la dirección x es causado principalmente por el desplazamiento de la varilla a lo largo de la dirección x, es decir, la cartela en sí no tiene una curva grande en el eje x, no hay una curva grande en los ejes y y z. Se puede observar que es poco probable que la cartela produzca una deformación excesiva por flexión.
Las características de la cartela inferior y la cartela superior son similares, muy pequeñas y dominadas por la tensión normal. 513. La figura 5 del miembro muestra los cambios de tensión en su dirección de ancho y el alma a lo largo de su dirección de altura
.
La tensión cortante y la tensión normal en el alma no son tan grandes como las de la placa del ala. Esto se debe principalmente a la mayor fuerza que actúa sobre el eje débil (eje x) de la forma de I. miembro. Precisamente en base a esto se utiliza una escala mayor en el diseño de la placa de brida
.
Figura 6 Esfuerzo cortante del alma y esfuerzo normal
2-SYZ; 3-SXZ; p> 6. Conclusión
(1) El punto de máxima tensión en el nodo está en el perno y la placa del nodo. (2) En comparación con las placas de refuerzo y las varillas, la tensión sobre los pernos es mayor,
es un eslabón relativamente débil y se corta principalmente. Esto es principalmente para la construcción.
La razón por la que hay menos pernos durante el moldeo. La tensión sobre la cartela es principalmente una tensión normal, que es menor que la de los pernos.
(3) Las varillas son relativamente seguras y generalmente no causan daños a la resistencia del material.
(4) Las condiciones de tensión de las placas de refuerzo superior e inferior son básicamente las mismas.
Figura 5 Esfuerzo cortante y esfuerzo normal de la placa de brida
6-SZ
Referencias
1. Yin Deyu, Liu Shanwei, Qian Ruojun. Diseño de estructura de carcasa reticulada. Beijing: China Construction Industry Press, 19962 Li Hehua. Manual de diseño de nodos de conexión de estructura de acero. Industry Press Society,
1992
3 Shen Shizhao, Chen Xin. Análisis de estabilidad de la estructura de la estructura reticular. Beijing: Science Press, 19994 Wang Xucheng, Shao Min. Principios básicos y métodos numéricos. del método de elementos finitos. Beijing: Universidad de Tsinghua
El esfuerzo cortante máximo de la placa de brida está en el medio de la placa de brida, a lo largo de la dirección del eje y
, que es aproximadamente 1314 MPa, mientras que la tensión normal es de aproximadamente 4613 MPa; el esfuerzo cortante máximo de la placa se encuentra en la unión del alma y la placa del ala, a lo largo de la dirección y, que es de aproximadamente 1017 MPa, y la tensión normal máxima es de aproximadamente 3113 MPa.
Editorial, 1997
(Viene de la página 3)
Ideas para completar.
El Museo de Ciencia y Tecnología de Shanghai adopta tecnología pretensada y otras medidas para resolver el problema de diseño de estructuras demasiado largas; explora el uso de dos cimientos tipo pilotes en el mismo edificio y adopta nuevos materiales estructurales y Sistemas estructurales, o incluso un sistema estructural compuesto con múltiples formas estructurales en el mismo techo, es la idea de diseño básica que permite realizar el Museo de Ciencia y Tecnología de Shanghai. El diseño estructural del Museo de Ciencia y Tecnología de Shanghai rompe con el pensamiento tradicional y adopta una gran cantidad de nuevas tecnologías y nuevas teorías de diseño. Esta es una tendencia inevitable en el diseño arquitectónico moderno en la era del desarrollo de la alta tecnología. nuevo concepto de diseño.
El diseño arquitectónico moderno no es sólo la expresión del espacio arquitectónico, la belleza y la función arquitectónicas, sino también la racionalidad y la belleza del diseño estructural.
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El techo de vidrio de algunos techos no puede exponer miembros estructurales desordenados, y también existen requisitos considerables para el espesor de la estructura y la relación entre altura y luz de la estructura. en muchas partes solo puede ser 1/25 de lo siguiente. De acuerdo con los diferentes requisitos de cada parte, se adoptan tres formas estructurales: estructura de rejilla de acero plana piramidal cuadrada, armadura espacial de tubos de acero y viga de acero de sección en caja. 8 Resumen
El plano arquitectónico del Museo de Ciencia y Tecnología de Shanghai se recopiló a través de una licitación internacional. Independientemente del plano del edificio, la elevación y los materiales de construcción, incorpora nuevos conceptos de diseño y ricas connotaciones. inevitablemente traerá desafíos de diseño estructural. Se han planteado muchas preguntas nuevas y se deben adoptar nuevos métodos y diseños de diseño
Análisis de tensión de los nodos de la estructura de caparazón reticulada de una sola capa del Museo de Ciencia y Tecnología de Shanghai. —Zhao Jincheng y otros