箱形梁由于具有良好的力学性能和结构性能,目前已广泛地应用于桥梁以及工程机械机架设计中,因此大量工程技术人员对其受力分析进行了详尽的研究。作为工程机械从业人员,从机械专业需求出发,开发了1套简单、易用箱形梁弯扭组合变形强度分析软件。
箱形梁受力变形主要是拉压、弯曲、扭转、剪切变形或数种受力的组合变形,由于拉压受力计算简单,而又暂不考虑截面弯曲剪应力,因此仅针对纯弯曲和自由扭转强度2个方面进行分析。
箱形梁截面强度分析主要涉及几种类型:①开口箱体结构;②单箱单腔室结构;③多箱单腔室结构;④单箱多腔室结构;⑤多箱多腔室结构。截面形式如图所示。弯曲强度计算涉及几个变量计算:形心轴计算,惯性矩计算,惯性积计算。对于矩形板条组合截面,设各板条面积为A,各板条形心为C(x,y),组合截面形心为O,则组合截面形心位置为其中-xC,-vC,-xy。
根据材料力学公式计算。当板条形心主惯性轴与组合截面形心轴存在一定角度时,需要先计算二者偏转角度,然后按惯性矩、惯性积转轴公式计算。当组合截面对形心轴惯性矩、惯性积确定后,作用于截面的弯矩x,v(方向以正轴受拉为正,正轴受压为负)在任意点(x,y)处弯曲正应力箱形截面扭转强度计算基于自由刚性扭转假定,并且默认组成截面板条剪切模量相同且等于钢铁材料剪切模量。设定几个变量:设定T为作用于截面上的扭矩,设定I为截面的相当极惯性矩,设定q为闭环截面的剪力流,设定A为闭环中心线所包围面积,设定t为板条厚度。
根据薄膜比拟关系对组合截面任意开口板条,有开口板条最大剪应力当该闭口截面为单箱单室型箱形截面时,qk=0,当闭口截面为多室形时,q为与该闭口截面相邻的一个或多个闭口截面剪力流。对于组合截面所受扭矩T和组合截面所受总扭矩T有如下关系联立式(1)-式(3)建立任意箱式组合截面受力方程组,可以求解开口、闭口截面最大剪应力或剪力流箱梁弯扭强度分析主要可以分为4个部分:截面录入,弯曲强度计算,扭转强度计算,第四强度理论下等效应力计算。
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