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2023-12-26

VE0050 | 无翘曲扭转作用下的悬臂梁

说明

一个 QRO 型薄壁悬臂梁在左端完全固定(x=0),并且不翘曲。 在悬臂梁上施加一个在 x=L1处的扭矩 M。 下面的参数集描述了该问题。 该模型考虑了小变形,并忽略了自重。 计算最大转动 φx,max ,并控制在点 x=L1的一阶扭矩 MTpri 、二阶扭矩 MTsec和翘曲弯矩 Mω的值。 验算示例是基于 Gensichen 和 Lumpe 提出的示例(参见参考资料)。

材料 弹性模量 E 210000,000 MPa
剪切模量 G 81000,000 MPa
几何尺寸 QRO 悬臂梁 周长 l 4,000 m
宽度和高度 B 200,000 mm
墙厚度 t 6,000 mm
荷载 扭矩 M 80,000 kNm
位置 L1 2,800 m

解析解

绕 x 轴的最大转动 φx,max出现在点 x=L1并且它与自由端的值相同。

对于该薄壁型材(忽略拐角处的半径),翘曲常数 Cω =0。 因此在截面的整个长度上弯矩 MTsec和 Mω应该为零。 主扭矩 MTpri与总扭矩 MT =M 一致。

RFEM 和 RSTAB 设置

  • 在RFEM 5.05、RSTAB 8.05 和 RFEM 6.01、RSTAB 9.01 中建模
  • 单元尺寸 lFE = 0.200 m
  • 增量数目为 5
  • 使用各向同性线弹性材料模型
  • 该结构是使用杆件建模的
  • 使用二阶分析
  • RF-FE-LTB 和 FE-LTB 模块用于 RFEM 5 和 RSTAB 8
  • 在 RFEM 6 中使用了翘曲扭转和钢结构设计模块,

结果输出

解析解 RFEM 6 比值 RSTAB 9 比值
φx,max [弧度] 0,063 0,063 1,000 0,063 1,000
解析解 RFEM 5 - RF-FE-LTB 比值 RSTAB 8 - 有限元软件 比值
φx,max [弧度] 0,063 0,063 1,000 0,063 1,000

下图显示了在 RF-FE-LTB 或者 FE-LTB 模块中计算的所有给定悬臂弯矩的特性。 主扭矩 MTpri应与总扭矩 MT重合。 在截面整个长度上,弯矩 MTsec和 Mω应该为零。 可以看出,在考虑翘曲时,在加载点 x=L1附近有受影响的区域。 请注意,网格越平滑,上述影响会越来越小。

在 RFEM 6 和 RSTAB 9 中可以使用翘曲扭转模块来解决同样的问题。 计算结果如下图所示。 在RFEM 6和RSTAB 9中的结果中可以看出,离散化没有导致计算错误。


参考
  1. LUMPE, G. 和 GENSITEN, V. 线性和非线性杆件分析评估理论和软件: 示例、失效原因、详细理论。 欧内斯特。