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工程施工技术论文工程开孔技术论文 开孔洞板的受力性能分析 　　摘要：本文对开圆孔板在弹性范围内受力性能进行了分析。鉴于试验的局限性与数值技术的发展，本文应用大型有限元分析软件建立模型。对开孔半径和板厚度这两个因素对板承载力性能的影响进行分析。 　　关键词：平板 开孔 弹性 有限元 　　 　　Abstract：This paper analyses the function of the hole-plate in the elastic field，In the case of the limit of expeminent and the develop ment of element，Based on the element model，This paper analysed the function of hole-plate the two factors, which are the radius of the hole and the thickness of the plate 　　key words：plateholeelastictityelement 　　 　　1.引言 　　 　　近几年来，开孔的构件在工程上得到广泛的应用。如：钢结构中的蜂窝构件，就是使梁、柱的腹板上形成不同形状的孔洞。这些孔洞减轻结构的自重、提高了构件的承载力同时又能穿管线，并且造型比一般的钢构件美观。有些削弱型节点也采用在梁腹板上开孔使得腹板得到削弱，塑性铰向节点域的外侧移动从而有效保护了节点域，降低了节点发生的脆性破坏的可能性。还有剪力墙上开的不同形状的洞口等。这些问题都能归结为开孔平板的受力性能这一问题上来。虽然这些问题在实际中都有一定的处理方法，但是，大部分都是在生产实际中积累的经验，却没有系统的理论分析作依据。本文的目的就是为了从弹性理论上系统地对这一类问题系统地分析。 　　 　　2. 究内容及方法 　　 　　1）本文采用有限元方法分析开孔板的弹性受力性能。 　　2）根据研究的问题的特性，抽象出具体的模型并且确定边界条件以及加载条件。 　　3）以圆孔的半径以及板的厚度为主要参数对板件受力性能的影响为主要研究方向，建立不同孔径、厚度的模型。用有限元软件对每个构件作具体的分析。 　　 　　3. 材料及模型 　　 　　本文建立模型（见图3-1），所用的钢材为Q235 型号的钢板，弹性模量 ,泊松比 。取 。 　　 　　 　　 图3-1 板模型图 　　 　　 　　图3-2单元网格划分 　　本文研究的模型板在力学上反对称，取构件的1/4为研究对象。单元的模型采用4节点实体单元，用有限元软件中（SWEEP）命令对模型进行网格划分（见图3-2）。边界条件是根据反对称的条件，在模型的下边限制X方向的位移；在模型左边限制Y方向的位移。加载方式是把剪应力转化成集中力分散的作用在模型上边和右边面上的节点上。为了更详细的研究参数变化对模型受力性能的影响，本文建立了不同参数的模型。 　　 　　4.模型分析 　　 　　参数 取不同数值时，利用ANSYS的路径功能求出的各个模型在荷载作用下的应力关系。积分路径是与水平呈45度角的倾斜直线。TS-1~ TS-4模型对孔径R的变化对构件正应力和剪应力的影响进行了分析。 　　1）总体上可以看，四种模型都是在圆孔边缘出现应力最值； 　　2）延横轴正向，剪应力最大值丛左向右呈降低趋势，并且从四种模型性比较得出，随着开孔的增大，曲线趋于平缓，这证明了孔径越小应力集中现象就越明显，应力集中因子 的值就越大； 　　3）与一般的板受力性能不同，开孔的板不能只考虑剪应力的影响，正应力在局部区域的值远超过剪应力的值，所以受纯剪切作用开孔的板要考虑正应力的影响。 　　4）剪应力最值出现在孔径边缘，与水平呈 角，也是积分路径的方向。X方向应力则出现在与水平成 角稍有偏离的位置。 　　 　　5、结论 　　 　　综合上面对各组模型的分析可知： 　　1）纯剪切作用下的开圆孔的板应力的最值出现在板边缘，这与复变函数理论[1]相符，同时也验证了复变函数理论的正确性。从表格3-2的统计数字可看出在开孔半径锁定在0.0225m的情况下，厚度变化对板的应力分布影响情况。厚度增加时差值与加载值之比也增加，但是在0.005m~0.012m范围内增加的明显，大于0.012m后开始出现收敛。且峰值不超过加载应力的1.9倍； 　　2）随着板孔径的增大，板边缘的应力值也随之增大，极值出现在板边缘水平方向成 角的位置。 　　 　　参考文献： 　　[1] 范天佑，断裂理论基础.科学出版社，2003