铝合金梁中腹板剪切屈曲的设计方法
5.5考虑腹板屈曲后强度的梁的设计
5.5考虑腹板屈曲后强度的梁设计承受静力荷载和间接承受动力荷载的组合梁，其腹板宜考虑屈曲后强度，可仅在支座处和固定集中荷载处设置支承加劲肋，或设有中间横向加劲肋，其高厚比可以达到250也不必设置纵向加劲肋。
下面介绍我国规范规定的实用计算方法。
此计算方法不适用于直接承受动力荷载的吊车梁。
5.5.1 腹板屈曲后的抗剪承载力u V腹板屈曲后的抗剪承载力u V ，根据理论和试验研究，可用下列公式计算：当0.8s λ≤时， 0u w v V h t f = （5. 44a ） 当0.8 1.2s λ<≤时， []010.5(0.8)u w vs V h t f λ=-- （5. 44b ） 当 1.2s λ>时， 1.20u w v s V h t f λ= （5. 44c ）式中 s λ——用于腹板抗剪计算时的通用高厚比。
s λ== （5. 45） 当0 1.0a h ≤时，204 5.34()h a β=+；当0 1.0a h >时，205.344()h a β=+。
如果只设置支承加劲肋而使0a h 更大时，则可取 5.34β=。
5.5.2 腹板屈曲后的抗弯承载力eu M腹板屈曲后抗剪承载力有所提高，但由于弯矩作用下腹板受压区屈曲后使梁的抗弯承载力有所下降，我国规范建议采用下列近似公式计算梁的抗弯承载力。
图 5.24 梁截面模量折减系数计算采用有效截面的概念，假定腹板受压区有效高度c h ρ，等分在c h 的两端，中部则扣去c h )1(ρ-的高度，梁的中和轴也有所下降。
假定腹板受拉区与受压区同样减去此高度[图5.24（d ）]，这样中和轴可不变动，计算较简便。
腹板截面如图5.24（d ）时，梁截面惯性矩为（忽略孔洞绕自身轴惯性轴）：2312(1)()(1)22c xe x c w x c w h I I h t I h t ρρ=--=-- 梁截面模量折减系数为：3(1)12xe xe c w e x x xW I h t W I I ρα-===- （5.46） 上式是按双轴对称截面塑性发展系数 1.0x γ=得出的偏安全的近似公式，也可用于1.05x γ=和单轴对称截面。
压型钢板计算手册
本软件针对压型钢板、铝合金板进行截面承载力、挠度、施工荷载及排水能力进行验算。
在计算过程中，压型板按受弯构件考虑，主要遵循GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中关于压型钢板计算的条文规定、GB 50429—2007 《铝合金结构设计规范》中关于铝合金压型板相关的计算条文规定及《冷弯薄壁型钢结构设计手册》中关于屋面排水计算的相关条文。
压型板截面计算过程中,考虑到其实际的受力情况，所以选择了在一个波距范围内进行验算。
因为无论是屋面板、墙面板或者是楼承板其实际作用过程中,均是多块板横向搭接成为整体,所以选择其中一个波距来进行计算更贴近于压型板实际工作状态下的受力情况。
压型板根据《建筑结构静力计算手册》计算各验算点的弯矩及剪力情况。
压型板的计算过程主要包含以下几个方面：毛截面惯性矩的计算、加劲肋是否有效的判别、腹板剪应力承载能力计算、支座处腹板局部受压承载力验算、跨中位置最大正负弯矩和剪力作用下截面承载力验算、支座位置最大负正弯矩和支座反力下截面承载力验算、最大正负挠度验算、屋面板排水能力验算.上述承载力验算过程中均包含该种情况下该位置的有效截面宽度的验算。
计算采用的组合情况如下：1。
2恒+1。
4活;1。
0恒—1.4负风吸；1。
2恒+1.4正风压；1.2恒+1。
4活+0.84正风压；1.0恒+1.4活—0.84负风吸；1.2恒+0。
98活+1。
4正风压；1.0恒+0.98活-1.4负风吸;1。
2恒+1.0施工（屋面板）；1。
2恒+1.4活载（楼面均布施工荷载)(楼承板）;1。
2恒+1.4施工（楼面集中施工荷载）（楼承板）。
一：压型钢板一）板材力学参数的确定对于规范中已给出抗拉、抗剪强度设计值的材料牌号，我们按规范中数值采用,如Q235、Q345等。
对现今压型板常用的冷轧板牌号如G300、G550等，规范没有给出明确的抗拉、抗剪强度设计值，厂家在供货的时候仅提供材料的屈服强度为300 N/mm2、550 N/mm2，所以我们根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》4.1。
腹板屈曲后强度计算
腹板屈曲后强度计算作者：屈明来源：《科技创新导报》2011年第21期摘要:《钢结构设计规范》(GB50017-2002)4.3.1条,不考虑腹板屈曲后强度的焊接工字钢梁的腹板局部稳定计算与考虑腹板屈曲后强度的焊接工字钢梁抗剪、抗弯承载力计算。
引用了具体实例说明腹板屈曲后强度的应用。
从受压翼缘压入腹板来分析腹板高厚比的最大限值,其次分别论述腹板受弯或压弯屈曲后有效宽度的确定、受剪屈曲后的极限剪力计算、以及正应力和剪应力联合作用下屈曲后相关关系的计算。
关键词:腹板宽厚比屈曲后强度有效宽度拉力场中图分类号:TU391 文献标识码:A 文章编号:1674-098x(2011)07(c)-0048-02在钢结构设计中,对工字型截面受弯构件而言,由荷载产生的弯矩主要由翼缘承担,腹板主要承担剪力,腹板的抗弯作用远不如翼缘有效,增大腹板的高度可显著增加翼缘的抗弯能力。
因而,先进的设计方法是采用高(宽)厚比较大的腹板,从而获得最佳的经济效益。
此做法虽然会出现腹板的高(宽)厚比超过按小挠度理论确定的局部稳定所要求的限度,引发腹板的局部屈曲,但并不表明构件丧失了承载能力,而是有相当可观的屈曲后强度可以利用。
规范对于承受静力荷载和间接承受动力荷载的组合梁宜考虑腹板屈曲后强度,按考虑腹板屈曲后强度来计算梁的抗剪和抗弯承载力,而不再验算腹板的局部稳定。
对于直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件或不考虑腹板屈曲后强度的焊接工字梁,要求按规定配置加劲肋,并验算腹板的局部稳定性。
规范采用有效截面法考虑腹板屈曲后强度,同时也是符合钢结构设计规范4.3.1条。
天津西站无站台柱雨棚工程主体结构大部分构件(拱形钢梁)均采用了腹板高而薄的焊接H 型工字钢梁和焊接箱型钢梁。
充分利用了腹板屈曲后强度、有效截面的概念,既得到了很大的经济效益,又达到了建筑美观的要求。
西站雨棚整个结构体系为纵向(顺股道向)刚架,横向(垂直股道向)为多跨拱形钢梁,基本柱网为30mx21.5m。
钢筋混凝土梁的腹板剪切破坏与弯剪交互作用
钢筋混凝土梁的腹板剪切破坏与弯剪交互作用钢筋混凝土梁是一种常见的结构构件，在建筑和桥梁中被广泛使用。
这种梁的设计和施工需要考虑多种力学和结构性能，其中腹板剪切破坏和弯剪交互作用是两个重要的方面。
腹板剪切破坏是指混凝土梁的横截面发生剪切破坏，主要是由于纵向钢筋的剪切应力达到界限或超过界限而引起的。
当梁受到横向荷载时，腹板上的混凝土将承受多向剪切应力，这种应力主要通过纵向钢筋传递到结构中。
如果这种剪切应力超过了混凝土和钢筋的抗剪强度，就会导致腹板的破坏。
弯剪交互作用是指在梁受到弯曲力矩作用时，剪应力也同时产生。
当梁受到弯曲力矩时，腹板上的混凝土和纵向钢筋将产生拉和压应力。
由于梁受到受剪力的作用，混凝土和钢筋的受拉区域会发生剪切破坏。
这种剪切破坏是受剪破坏的一种特殊形式，称为弯剪破坏。
腹板的剪切破坏和弯剪交互作用对梁的承载力和变形都有重要影响。
在设计和施工过程中，必须对这两个方面进行充分的考虑。
首先，对于腹板剪切破坏，设计师需要确定梁截面的抗剪强度以及纵向钢筋的布置和直径。
通过合理选择梁截面的几何尺寸和纵向钢筋的配置，可以提高梁的抗剪强度，从而延缓腹板剪切破坏的发生。
其次，弯剪交互作用需要通过合适的梁设计来考虑。
设计师需要计算梁在弯曲荷载下的弯矩和剪力，并综合考虑它们对梁截面的影响。
通过调整梁的尺寸和钢筋配置，可以平衡弯曲强度和剪切强度，使梁在弯剪交互作用下具有较高的承载能力。
此外，加强构造施工过程的质量控制也是降低腹板剪切破坏和弯剪交互作用风险的重要措施。
保证混凝土搅拌、浇筑和养护的质量，以及钢筋的正确安装和连接，都可以提高梁的整体强度和稳定性。
在实际的工程应用中，工程师们还可以采用其他措施来增加梁的抗剪能力。
例如，在梁受到较大的剪力荷载时，可以在纵向钢筋和梁底部添加横向的抗剪加劲条，以增强梁截面的剪切承载能力。
此外，还可以采用预应力或者纤维增强混凝土等新技术，以提高梁的整体抗剪性能。
总之，钢筋混凝土梁的腹板剪切破坏和弯剪交互作用是影响梁结构性能和承载能力的重要因素。
腹板开圆孔工字形变截面弧形压弯构件设计
模 中未考虑 的几何缺 陷和残余应力的不利影响 。
３ 计 算结 果和分 析
如前所述 ， 本结构可 调整 的构件 几何 参数 为翼缘 宽度 ｂ 翼 ，
根据计算结果 进行调 整 ， ｌ 使 得结 构分 析和设 计 过程 比较 繁 部转化为节点荷载施加在作用点上。 这样 结构设计 中需注 意 的是 ： 载力要 留有较 大余量 ， 承 以承受建 琐． 无法体现梁单元 简捷 高效 的优点 ， 反而费时费力 。
２ 有 限元 计算模 型的建 立
， 调 计思路为 ：） １根据建 筑上确定 的构件 轮廓 曲线数 据在 ｚ — 平面 缘厚 度 ｔ与腹板厚度 ｔ 根据计 算结 果对这 些参数 进行调 整 ， 但实际上仍 为 内根据构件内、 外边 缘线 定 出一些 关键 控制点 ， 并连 接这些 控制 整过程 中需 注意本结构构件尽管采用 壳单 元分析 ， 变截面弧形压弯构件 ， 故翼缘宽度 ｂ 翼缘厚 度 ｔ腹板厚度 ｔ 截 ， ， ， 点生成面积元素 ；） ２ 将关 键控制点在 轴正负方 向各 平移半个翼 仍须 满足 Ｃ３ ０ １—０３钢结构设计 规 ｄ ０ ７２０ ５ 缘宽度进行复制得 到翼缘 的外边缘关键控 制点 ， 并在 控制点间 生 面高度 ｈ与腹板高度 ， ４ ｍ ｔ 成翼缘面积元 素 ；） 步确定翼 缘与腹板 的钢 板厚 度 ， 上述 面 范中有关压弯构件的相关规定 。当以上参数取为 ｂ＝３０ｒ ， ＝ ３初 对 ２ｍ ｔ ０ １ｒ ， ｔ 】 ０ 右 ２ 积元素进行网格划 分生成壳单元 ， 壳单元采用 Ｓ ｅ６ 。需指 出的 １ ｍ， ＝ １ Ｔｎ 左 端 梁 高 ｈ ＝５ ０ ｍｍ， 端 梁 高 ｈ ＝ ｈ ｌ３ ｌ ９ ０ｍｍ时 ， ０ 结构计 算结 果如下。 是本工程中变截面弧形 构件 内、 外边缘 弧线 系 由建 筑确定 ， 缘 翼
5-5 考虑腹板屈曲后梁的设计
当s 0.8时，Vu hw t w f v
s — 按仅设横向加劲肋时 cr的相应公式计算。
3
四、纯弯曲时腹板屈曲后的抗弯承载力Meu 当M作用下，腹板受压区边缘应力达到σcr时，腹 板鼓曲失稳，受压区部分腹板退出工作，但如σcr＜fy， 由于“薄膜张力”的存在，截面所承担的M还可继续 增加，直到腹板受压区边缘应力达到fy。 受压区部分腹板鼓曲后，不能继续承担压力，腹 板受压区应力不均匀，中和轴下移。
11
3、对于支座加劲肋，当 s 0.8（即利用屈曲后的强 度）时，其除承担支座反力R外，还应考虑张力场拉 力的水平分量H，按压弯构件计算其强度和腹板平面 外的整体稳定。水平力H的作用点可取距腹板计算高 度边缘h0/4处，如下图所示。 为提高支座加 劲肋的抗弯刚 度，可设封头 肋板，如图所 示。
0.5ρhc
h h0
（a）
（b）
（c）
（d）
0.5ρhc
(1-ρ)hc
hc
7
上式是按 x 1.0 导出的偏于安全的近似公式，但同 样适用于 x 1.05 及单轴对称截面。 有效高度系数ρ ，可与腹板局部稳定计算一样，引入 通用高后比 b作为参数计算：
0.5ρhc
h h0
（a）
h h0
hc
（a）
0.5ρhc
6
由图d可得有效截面的Iex：
I xe 1 hc 1 hc t w I x 1 hc3 t w Ix 2 2 2
2
1 hc3 t w W xe I xe 1 因此： e Wx Ix 2I x
封 头 肋 板
铝合金壁板轴向压缩屈曲实验方案设计
铝合金壁板轴向压缩屈曲实验方案设计
下面是一种可能的铝合金壁板轴向压缩屈曲实验方案设计：
1. 材料选择和准备：选择符合要求的铝合金壁板材料，并进行加工制成标准试样。
试样的长度应不小于3倍直径。
2. 试验设备准备：使用万能试验机等力学试验设备，根据试样尺寸和试验要求调整压缩试验夹具间距。
3. 试验条件设定：根据试样材料和试验标准的要求，在试验机上设定试验速率、试验温度、加载方式等试验条件。
4. 试验过程：将制备好的试样置于试验夹具中，保证试样处于轴向，开始加载试样并记录试验数据，直至试样发生屈曲断裂。
5.数据处理和分析：根据试验数据计算试样材料的屈曲强度和屈曲应变等力学性能参数，并根据试验结果进行分析和比较。
注意事项：
1. 选择合适的试验设备和试验条件，保证试验结果的可靠性和精度。
2. 在试验过程中，要注意试验夹具的稳定性，避免试样错位或移动。
3. 试验结束后，要及时清理试验设备和试验现场，保证试验安全和设备的正常使用寿命。
铝板弯折加工方法
常用的铝型材弯弧加工方法，弯曲方法因不同设备而异。
铝型材弯弧加工的方法也很多，包括组合加工、辊加工、弯曲和锻造以及冲压，更常见的是金属压制加工。
铝型材弯弧加工行业的当前发展也促使了弯管加工技术的不断发展。
一、铝合金加工的步骤：根据不同的弯曲设备，铝型材弯弧的弯曲方法分为手动弯曲和机器弯曲两种。
弯曲机分为无芯弯头和带芯弯头；手动弯曲适合小批量生产，因为操作不需要专业设备，折弯装置相对简单，成本相对较低，但劳动生产率低，强度大。
铝型材弯弧拉弯加工的常用五种方法：1、冲压法：使用锥形芯将管端扩大到冲压机上所需的尺寸和形状。
2、弯曲成型法：常用的方法有三种，一种方法是拉伸方法，另一种方法是冲压方法，第三种滚轮法，有3-4个辊，两个固定辊，一个调节辊，调节用固定的辊距，完成的铝型材是弯曲的。
3、鼓胀法：一种是将橡胶放入管中，并在上方用冲头将其压缩以使管突出并成型。
另一种方法是液压鼓胀成型，在铝型材的中间填充液体，然后液体压力使弯曲的管鼓胀成所需的形状。
4、锻造法：用型锻机将管子的一端或一部分冲压出来，以减小外径。
5、轧制法：通常不需要芯轴，适合于厚壁管的内侧圆边。
二、铝合金加工的工艺类型：铝合⾦可以通过添加其他⾦属获得，如硅、铁、铜、铝等。
它具有密度低、强度⾦、耐腐蚀性强等特点。
其重量轻、强度⾦，使铝型材⾦泛应⾦于各种零件的加⾦制造。
那铝合金的加工工艺有哪些？1、铝合金冲压加工法：冲压是⾦种成型⾦法，通过使⾦压⾦机和模具将板、带、管和型材施加外⾦，使它们塑性变形或分离，以获得所需的形状和尺⾦。
冲压是利⾦普通或专⾦冲压设备的动⾦，使⾦件直接承受模具的变形⾦，对具有⾦定形状、尺⾦和性能的产品零件进⾦加⾦的加⾦过程。
冲压的三⾦要素是钣⾦、模具和设备。
成形是⾦属冷变形的⾦种加⾦⾦法，也称为冷冲压或钣⾦冲压。
这是⾦属塑料加⾦的主要⾦法。
2、铝合金精密铸造加工：精密铸造是⾦种特殊的铸造。
⾦这种⾦法得到的零件⾦般不需要加⾦。
考虑相关屈曲的轴压铝合金板件有效截面计算
在考虑相关屈曲的轴压铝合金板件的有效截面计算中，可以使用欧拉公式或相关的规范来确定其临界屈曲荷载。
以下是一个基本的步骤：
确定材料特性：首先，需要获取铝合金板件的材料特性，包括屈服强度（yield strength）和弹性模量（modulus of elasticity）。
这些数据通常可以从材料厂商提供的技术手册或相关标准中找到。
计算截面特性：根据铝合金板件的几何形状，计算其截面特性，如截面面积、惯性矩等。
这些特性用于后续的屈曲计算。
判断边界条件：确定板件的边界条件，例如支持方式、约束情况等。
这些条件将影响屈曲计算中的临界荷载。
应用屈曲公式：使用欧拉公式或其他适用的屈曲公式来计算临界屈曲荷载。
欧拉公式可表示为：
Pcr = (π^2 * E * I) / (K * L)^2
其中，Pcr为临界屈曲荷载，E为弹性模量，I为截面惯性矩，K为有效长度系数，L为板件的有效长度。
有效长度系数K取决于板件的边界条件，可以参考相关规范或工程手册获得合适的数值。
比较荷载：将实际应用荷载与临界屈曲荷载进行比较，以确定板件是否满足屈曲要求。
如果实际荷载小于临界荷载，则板件在屈曲方面是安全的。
请注意，以上步骤仅为一般指导，实际计算可能会更加复杂，并且可能需要考虑其他因素，如弯曲、剪切等。
铝合金剪切试验方法
铝合金剪切试验方法
1.扭剪试验：
扭剪试验是通过施加扭转力来产生试样的剪切变形。
具体操
作步骤如下：
1)制备符合标准要求的铝合金试样，通常为圆柱形或矩形形状。
2)将试样夹紧在扭剪试验机的夹具中，使其与试验机轴线重合。
3)施加扭转力，通过转动试验机的上下部分，使试样发生剪
切变形。
4)测量试样扭转前后的几何参数，如扭转角度、直径变化等，并记录下剪切力。
2.直剪试验：
直剪试验是通过施加平行于试样平面的力，使试样发生剪切
变形。
具体操作步骤如下：
1)制备符合标准要求的铝合金试样，通常为矩形形状。
2)将试样放置于直剪试验机的夹具中，使其平行于夹具底板。
3)施加垂直于试样平面的力，通过试验机上下部分的移动，
使试样发生平行剪切。
4)测量试样剪切前后的几何参数，如试样长度、试样宽度等，并记录下剪切力。
在进行铝合金剪切试验时，需要注意以下几点：
1)试样的准备应符合相应的标准要求，以保证试验结果的准
确性和可比性。
2)在进行试验前，应校准试验仪器，确保测量结果的准确性。
3)试样在夹具中的位置和位置应保持一致，以排除位置对试
验结果的影响。
4)试验过程中应控制施加力的速度和大小，以保证试验的稳
定性和可重复性。
5)根据试验要求，可在试验前或试验过程中对试样进行预处理，如热处理、冷处理等，以研究不同处理条件下的铝合金剪
切性能。
以上是铝合金剪切试验的常用方法和注意事项。
通过这些试
验方法，可以评估铝合金的剪切性能和剪切强度，为相关工程
和应用提供参考和依据。
理论力学中的梁的弯曲和剪切问题如何处理？
理论力学中的梁的弯曲和剪切问题如何处理？在理论力学的研究领域中，梁的弯曲和剪切问题是一个重要且常见的课题。
无论是在建筑结构、机械设计还是航空航天等工程领域，理解和处理梁的弯曲和剪切问题都至关重要。
梁，作为一种常见的结构元件，在承受外部载荷时会发生弯曲和剪切变形。
要处理这些问题，首先我们需要明确梁的基本概念和分类。
从形状和受力特点来看，梁可以分为简支梁、悬臂梁和连续梁等。
简支梁两端支撑，悬臂梁一端固定一端自由，连续梁则是由多个梁段通过中间支座连接而成。
不同类型的梁在受力和变形特性上有所差异。
当梁受到垂直于其轴线的载荷时，就会产生弯曲。
在这种情况下，梁的上部分受到压缩，下部分受到拉伸，而在梁的中间存在一个既不压缩也不拉伸的中性层。
为了描述梁的弯曲程度，我们引入了曲率的概念。
梁的弯曲问题可以通过建立弯矩方程来解决。
弯矩是指梁截面上由于弯曲而产生的内力偶矩。
通过对梁进行受力分析，可以确定每个截面处的弯矩大小。
然后，根据材料力学的知识，利用弯矩与弯曲应力和弯曲变形之间的关系来计算梁的应力和变形。
在处理梁的弯曲应力时，常用的公式是弯曲正应力公式和弯曲切应力公式。
弯曲正应力与弯矩成正比，与截面的惯性矩成反比。
而弯曲切应力则与剪力和截面的形状有关。
对于常见的矩形截面梁，弯曲切应力在中性轴处达到最大值。
接下来谈谈梁的剪切问题。
剪切力是指在梁的横截面上平行于截面的内力。
当梁受到横向载荷时，除了产生弯曲变形外，还会产生剪切变形。
在处理梁的剪切问题时，我们需要考虑剪切应变和剪切应力。
剪切应变是指梁在剪切力作用下发生的角度变形，而剪切应力则是单位面积上的剪切力。
对于梁的剪切强度计算，通常需要考虑材料的剪切强度极限和梁的截面形状等因素。
在一些情况下，剪切变形可能对梁的性能产生较大影响，特别是在短粗梁或者受到较大横向载荷的梁中。
为了更准确地分析梁的弯曲和剪切问题，我们还可以借助一些数值方法，如有限元分析。
有限元分析可以将梁离散为多个小单元，通过计算每个单元的应力和变形，进而得到整个梁的力学响应。
腹板铣削加工变形分析与控制技术论文说明书
1 绪论1.1 本课题研究依据和意义薄壁零件是工业领域中特别是汽车、飞机、轮船、列车等交通工具中较常见的主要承载构件,其结构复杂,加工精度要求高[1]。
薄壁零件在切削加工过程中因受到切削力、切削热和残余应力等因素的影响极易产生变形，使工件超差甚至报废，如今变形问题已经成为薄壁结构件加工过程中的“瓶颈”，控制加工变形已成为保证薄壁零件数控加工质量的关键。
本文针对薄壁零件的腹板特征开展加工变形规律研究与变形控制工艺研究具有重要的意义。
影响薄壁件加工精度的常见因素很多，如图1.1所示，可将薄壁件在切削加工中产生变形的原因归结为如下几个方面：a)毛坯的尺寸形状。
b)刀具加工中的磨损和振动。
c)数控机床的装夹系统带来的框体变形。
d)机床本身的刚性和精度限制。
e)切削力作用以及切削条件的改变。
f)工件受切削热作用下的变形。
g)其他一些随机因素。
图1.1 影响薄壁件加工精度的常见因素在以上影响因素中，由于工件的刚度不足和铣削力所引起的工件变形是影响加工尺寸精度的主要矛盾。
框体结构件一般包含有侧壁和腹板两部分，如图1.2所示。
在以前的文献中无论是力的模型、有限元模拟分析还是工艺试验较多的研究是针对框体的侧壁，很少针对薄壁腹板加工变形进行研究。
腹板作为薄壁件的重要特征,其变形在制造中更加普遍,变形形式多样且难以控制。
所以通过借鉴研究侧壁方法研究腹板加工变形规律乃至变形控制措施是非常必要的。
图1.2 整体框主要特征示意图1.2 本课题相关的国内外研究现状在国外，R.E.Devor[2]应用有限差分法对薄壁件在单位力作用下的变形进行了分析计算，建立了薄壁件变形与薄壁件几何参数的对应关系模型；Altintas Y、Budak[3]应用有限元对薄壁件的铣削变形进行了预测；T. Watanabe[4]在分析变形的基础上，通过改变刀具路径对加工误差进行数控补偿，从而提高了加工精度，但误差分析主要集中在刀具的变形分析上，没有考虑工件变形的影响；S.Smith[5]对薄壁腹板的加工则提出了利用薄壁整体刚性的工艺，提高了薄壁腹板的加工精度，同时提高了生产率，但具体工艺参数无法获得；日本的岩部洋育采用双主轴机床分别从两侧进行框体侧壁的加工，从而抵消了薄壁件的变形，但这需要特种机床；J.Tlusty等人在研究动态铣削的基础上，提出利用合理的大长径比刀具可以有效的解决较深的型腔和侧壁的铣削加工问题，以获得较大的金属去除率和较高的表面完整性，但针对不同的工艺系统，合理的比例很难确定；日本的Haruki OBARA等人提出了低熔点合金（Low Melting Alloy）辅助切削方案，有效的解决薄壁结构零件的加工变形问题，具有很高的加工精度，但这种方法又会增加多余的工序，导致成本增加且操作繁琐。
铝合金梁中腹板剪切屈曲的设计方法
参 考钢结构规范中的设计公式,
清 华 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
2008, 48 (6)
Σcr = f v Κ2s ,
(4)
式中 Κs 为腹板受剪时的通用高厚比。
当 a b≤1. 0 时,
Κs =
bt
26 4 + 5. 34 (b a) 2
f 0. 2 200M
Key words: alum inum p late; shear buck ling; fin ite elem en t analysis; buck ling strength; po st2buck ling streng th
铝合金梁的设计与钢梁类似, 可以通过采用比 较薄的腹板来减少材料用量。 腹板在剪力作用下可 能发生局部屈曲, 进而对梁的承载力产生不利影响。 由 于铝合金的弹性模量约为钢材的 1 3, 失稳问题 严重, 因此如何在设计中考虑铝合金梁腹板的局部
(1)
式中: n 为材料系数, n = ln 2 ln (f 0. 2 f 0. 1) ; f 0. 1 和
f 0. 2分别为残余应变为0. 1% 和0. 2% 时对应的应力。
由于铝合金材料没有明显的屈服平台, 因此通常用
f 0. 2作为其强度的标准值。
腹板的抗剪能力可以表示为
V = Βtbf v.
当 Κs≤0. 6 时,
Σcr = f v;
(7)
当 0. 6< Κs≤1. 3 时,
Σcr = [ 1 - 0. 5 (Κs - 0. 6) ]f v;
(8)
当 Κs> 1. 3 时,
Σcr = 1. 1f v Κ2s.
(9)
该设计方法计算结果与有限元计算结果的比较
剪板折弯卷圆各种结构焊接制造设计
剪板折弯卷圆各种结构焊接制造设计1. 引言剪板折弯卷圆各种结构焊接制造是一种常见的金属加工工艺，广泛应用于制造业中。
本文将详细介绍该工艺的设计原理、步骤和注意事项。
2. 设计原理剪板折弯卷圆各种结构焊接制造的设计原理是将金属板材通过剪切、折弯、卷圆等加工工艺，形成所需的结构形状。
焊接则用于将各个部件连接在一起，形成完整的产品。
3. 设计步骤3.1 材料选择根据产品的要求，选择合适的金属材料。
常见的材料包括不锈钢、铁、铝等。
3.2 剪切根据设计要求，使用剪板机将金属板材剪切成所需的尺寸和形状。
3.3 折弯使用折弯机将金属板材进行折弯，使其达到所需的角度和形状。
3.4 卷圆使用卷圆机将金属板材卷成所需的圆形或弧形。
3.5 焊接将各个部件进行组装，并使用焊接工艺将它们连接在一起。
3.6 表面处理对焊接后的产品进行表面处理，如打磨、抛光等，以提高外观质量。
3.7 检验与修正对制造的产品进行检验，如尺寸、外观等方面的检查。
如有问题，及时进行修正。
4. 注意事项4.1 安全操作在进行剪板折弯卷圆各种结构焊接制造时，必须遵守安全操作规程，佩戴相关的个人防护装备，确保操作人员的安全。
4.2 设备维护定期检查和维护剪板机、折弯机、卷圆机等设备，确保其正常运行，减少故障发生的可能性。
4.3 材料质量选择高质量的金属材料，确保产品的使用寿命和质量。
4.4 焊接技术掌握良好的焊接技术，确保焊接接头的强度和质量。
4.5 设计优化在设计过程中，考虑产品的功能需求和制造工艺，进行优化设计，提高生产效率和产品质量。
5. 结论剪板折弯卷圆各种结构焊接制造是一种常见的金属加工工艺，通过剪切、折弯、卷圆和焊接等步骤，可以制造出各种形状的金属产品。
在设计和制造过程中，需要注意安全操作、设备维护、材料质量、焊接技术和设计优化等方面的问题，以确保产品的质量和生产效率。
焊接工字梁腹板考虑屈曲后强度的设计方法探讨
度的工字形截面焊接组合梁应按式（ ） 验算抗弯和 $ 抗剪承载力：
$ "$ ! "$） # （ # P " ! $ )$
! 4 : 4
B B
!$
（ ） $
式中， $、 ! 为梁的同一截面上同时产生的弯矩和 剪力设计值； 计算时， 当 ! "# 取! % P " !4 时， 当 $ " $B时， 取 $ % $B ； # P " !4； $B为梁两翼缘 所承担的弯矩设计值； $: 4 和 !4 为梁有效截面抗弯 和抗剪承载力设计值。 （ ） $: " ’& ! ( 4 V! & : * 式中， （ ， 为梁截面模量考 " $ ) * ! + "（ " 5 :%$ G／ &） #） 虑腹板有效宽度的折减系数； + & 为梁全截面有效算 得的绕& 轴的惯性矩； ) 5 为梁全截面有效算得的腹 板受压区高度； ! & 为梁截面塑性发展系数； # 为腹板 受压区有效高度系数， 按式（ ） 计算： * $ P # $ P S " I !# % （ ）# $)# P S ! $ P S " P S ""$ P ! " I)# I !$ # %$ P ! $ $)# $ P ! " I #$ & $ $ I I
／ !& " # & ) $ * + ’ 3 $ 1 0 ’ $ $ （ !（ ’)#）)/ 0 ’ ’ $ ’*#） ) （ ’)#） （ ） ’ / 式中， 。 *’%# %’ # 为截面边缘正应力比值， 按式（ ） 计算。 $6 为梁腹板抗剪承载力设计值， ’ ’ 式中， 和 为腹板高度和厚度； 为钢材抗剪强度。 ! # & " & -
铝合金受压板件局部屈曲承载力设计方法
摘要：为考察现有铝合金设计规范预测非焊接受压板件承载力的准确性，采用壳单元建立单向受
压四边简支板、方形截面管柱和十字形截面轴压柱有限元模型，使用ANSYS计算得到铝合金板件
弹塑性屈曲临界应力和极限承载力。数值计算结果与理论分析结果对比发现：现有板件弹塑性屈
曲应力理论能够给出铝合金板件屈曲临界应力的下限值，误差较小。中国规范非加劲板件有效厚
28
4
2019 12
计算机辅助工程 Computer Aided Enginegng
VoJ28 No Dec. 2019
文章编号：1006 - 0871(2019)04-0050-09
DOI: 10. 13340/j. cac. 2019-04- 010
铝合金受压板件局部屈曲承载力设计方法
袁霖，张其林
限后随即进入应变硬化阶
段。铝合金的这一特性对板件的屈曲临界应力和极
限力
影响。
，欧
合金规范
(Eurocode 9 , 简称“欧洲规范”)⑷
《铝合
金
规范》(GB 50429—2007,
简 “中
规范”)'5(
硬化性能程度的
定义受压板 部有效的宽厚比限值 效厚
的
数a、a、G和C2 &
应
BLEICH和STOWELL板件弹塑性屈曲理论⑷推导
中国规范、欧洲规范和美国规范对板件类型描
述对比见表1& 类的板
规 的定
义 ，为统
，后
规 的定义进行
表述。
表1 3种规范关于板件类型的定义
便更好
性能&考虑 合金挤压 截
Ctp :z//T//- cCicacce- cc
多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流计算及截面参数分析
和qr 作 用 下,切 口 两 边 的 纵 向 相 对 位 移 为 零,因
此 第i 室 内 切 口 处 的 位 移 协 调 条 件 可 表 达 为
∮ ∮ γds= i
iGqδds=0
(1)
∮ 式中: 为沿着第i 室周边的闭路积分;γ 为各箱 i
室的剪切变形;s为截 面 轮 廓 线 曲 线 坐 标,以 逆 时
第 39 卷 第 2 期 2016 年 4 月
武汉科技大学学报 JournalofWuhanUniversityofScienceandTechnology
Vol.39,No.2 Apr.2016
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多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流计算及截面参数分析
其中有n 次超静定次 数,须 考 虑n 个 位 移 协 调 平
衡条件。将原 结 构 (图 1(a))转 化 为 多 个 开 口 截
面(图1(b)~(e))进行分析。此 开 口 截 面 杆 件 在
剪力作用 下 的 剪 力 流 为q0,且 每 一 箱 室 切 口 处 存
在未知剪力流qr(r=1,2,…,n)。 每 一 切 口 在q0
王 强,姜天华,邹 垚,孙 杰
(武汉科技大学城市建设学院,湖北 武汉,430065)
摘 要 :基 于 薄 壁 杆 件 结 构 理 论 ,推 导 出 多 室 薄 壁 箱 梁 腹 板 弯 曲 剪 力 流 的 计 算 公 式 ,将 其 应 用 于 钢 箱 梁 剪 力 流 的 计 算 ,并 与 有 限 元 分 析 结 果 及 已 有 文 献 中 的 计 算 结 果 相 比 较 ,同 时 分 析 了 有 无 悬 臂 板 、悬 臂 板 厚 度 、梁 高 、腹 板 厚度、底板厚度和箱室宽度对腹板剪力流分配的影 响。结 果 表 明,所 推 导 的 公 式 具 有 较 高 的 精 度;腹 板 厚 度、 悬臂板厚度及箱室宽度为多室薄壁 箱 梁 腹 板 剪 力 流 分 配 比 的 主 要 敏 感 参 数,梁 高 与 底 板 厚 度 为 次 要 敏 感 参 数;在桥梁结构受力分析中,为简化计算而不考虑悬臂 板,会 降 低 边 腹 板 的 荷 载 分 配 比,导 致 横 隔 梁 的 设 计 安 全系数下降。 关 键 词 :薄 壁 杆 件 ;多 室 薄 壁 箱 梁 ;剪 力 流 ;有 限 元 ;截 面 参 数 中图分类号:U441 文献标志码:A 文章编号:1674-3644(2016)02-0140-05
5.5考虑腹板屈曲后强度的梁的设计
5.5考虑腹板屈曲后强度的梁设计承受静力荷载和间接承受动力荷载的组合梁，其腹板宜考虑屈曲后强度，可仅在支座处和固定集中荷载处设置支承加劲肋，或设有中间横向加劲肋，其高厚比可以达到250也不必设置纵向加劲肋。
下面介绍我国规范规定的实用计算方法。
此计算方法不适用于直接承受动力荷载的吊车梁。
5.5.1 腹板屈曲后的抗剪承载力u V腹板屈曲后的抗剪承载力u V ，根据理论和试验研究，可用下列公式计算：当0.8s λ≤时， 0u w v V h t f = （5. 44a ） 当0.8 1.2s λ<≤时， []010.5(0.8)u w vs V h t f λ=-- （5. 44b ） 当 1.2s λ>时， 1.20u w v s V h t f λ= （5. 44c ）式中 s λ——用于腹板抗剪计算时的通用高厚比。
s λ== （5. 45） 当0 1.0a h ≤时，204 5.34()h a β=+；当0 1.0a h >时，205.344()h a β=+。
如果只设置支承加劲肋而使0a h 更大时，则可取 5.34β=。
5.5.2 腹板屈曲后的抗弯承载力eu M腹板屈曲后抗剪承载力有所提高，但由于弯矩作用下腹板受压区屈曲后使梁的抗弯承载力有所下降，我国规范建议采用下列近似公式计算梁的抗弯承载力。
图 5.24 梁截面模量折减系数计算采用有效截面的概念，假定腹板受压区有效高度c h ρ，等分在c h 的两端，中部则扣去c h )1(ρ-的高度，梁的中和轴也有所下降。
假定腹板受拉区与受压区同样减去此高度[图5.24（d ）]，这样中和轴可不变动，计算较简便。
腹板截面如图5.24（d ）时，梁截面惯性矩为（忽略孔洞绕自身轴惯性轴）：2312(1)()(1)22c xe x c w x c w h I I h t I h t ρρ=--=-- 梁截面模量折减系数为：3(1)12xe xe c w e x x xW I h t W I I ρα-===- （5.46） 上式是按双轴对称截面塑性发展系数 1.0x γ=得出的偏安全的近似公式，也可用于1.05x γ=和单轴对称截面。
金属薄板的剪切和弯曲
台剪——可剪切3～4毫米厚的钢板。
（二）金属薄板的弯曲
1.角型件的弯曲
（1）展料，画弯曲线
（2）线对规铁
（3）木锤敲击，弯曲成形。
2.U型件的弯曲
（1）展料，画弯曲线
（2）用模具将板料夹在虎钳上
（3）弯曲，翻转
（4）选择合适的模具
3.□型件的弯曲
金属薄板的剪切和弯曲
课型：新授课
教
学
目
标
1.手剪
2.台剪
3.金属薄板的弯曲
重点
难点
金属薄板的弯曲
金属薄板的弯曲
教具
多媒体
板书
设计
金属薄板的剪切和弯曲
1.手剪和台剪
2.金属薄板的弯曲
（1）角型)□型件的弯曲
作
业
实践角型件的弯曲操作。
教
后
小
结
通过学习，学生认识了手剪和台剪，知道了手剪和台剪的用途，并能正确使用，掌握了角型件的弯曲、U型件的弯曲、□型件的弯曲，并能进行实际操作。多数同学能独立操作，效果不错。
2.怎样弯曲金属薄板？
学生依据学习目标，浏览课文内容，找出相关知识点。师巡视指导。
四、质疑整合
（一）手剪和台剪
什么是剪切？剪切是对金属薄板进行切割的一种方法。
常用工具：手剪、台剪
什么是弯曲？弯曲是指将板材或型材弯成所要求的形状。
手剪的用途：手工工具，剪切厚度为1毫米以下的薄钢板，1.5毫米以下的薄铜板，剪切小零件、小工件。
教学过程
一、复习
1.锉刀的分类，详细分？
2.划线工具有哪些？说说它们的用途。
3.怎样正确使用虎钳？
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3. 1 临界屈曲强度
薄板的临界屈曲强度即弹性屈曲强度, 可以通 过经典的弹性理论求得。 宽厚比小的板的临界屈曲
强度即弹塑性屈曲强度, 可通过对计算结果的拟合
得到。
板件抗剪强度的弹性理论解为
Σcr =
Π2E kΣ 12 (1 -
Μ2 )
t b
2
.
(3)
式 中: E 为弹性模量; Μ为 Po isson 比; k Σ 为屈曲 系数。
(清华大学 土木工程系, 结构工程与振动教育部重点实验室, 北京 100084)
摘 要: 针对铝合金梁中可能出现的腹板剪切屈曲, 通过有 限元方法研究了铝合金受剪板件的稳定性。利用已有试验结 果验证了有限元模型; 研究了影响铝板剪切屈曲的各种因 素: 腹板宽厚比、加劲肋间距、材料热处理类型、梁端是否有 封头肋板; 并给出了铝板剪切屈曲的临界屈曲强度和屈曲 后强度的计算方法。结果表明: 该公式可以得到准确而偏于 安全的结果, 适用于铝合金梁受剪板件局部稳定性的设计。
我国钢结构规范中, 钢梁腹板受剪屈曲的设计 是采用允许应力法, 同时考虑了临界屈曲和屈曲后 强度[3 ]。
本文主要研究铝合金梁腹板的受剪局部稳定 性。 采用有限元数值计算模拟了国外学者的铝合金 梁腹板剪切屈曲的试验, 得到了与试验数据较吻合 的结果; 而且其他研究也证实, 应用有限元可以很 好地模拟铝合金构件在荷载作用下的变形[4- 5] 及稳 定性[6- 7]。根据有限元计算的结果, 参考钢结构规范 中的相关设计方法, 针对铝合金的材性对原公式进 行适当修正, 进而得到铝合金梁腹板受剪屈曲的设 计方法。
2 有限元模型
有限元模拟采用ABAQU S[9], 使用 S4R 单元,
919
在板厚方向取 5 个积分点。 有限元模型的几何形状 和网格划分见图 2。
图 1 构件的几何尺寸
图 2 试验构件的有限元模型
材 料 的 本 构 关 系 参 考 R am berg2O sgood 方 程[10 ]:
Ε= Ρ E + 0. 002 (Ρ f 0. 2) n.
ICSNSN11120202022300N54
清华大学学报 (自然科学版) J T singhua U n iv (Sci & T ech) ,
2008 年 第 48 卷 第 6 期 2008, V o l. 48, N o. 6
铝合金梁中腹板剪切屈曲的设计方法
3 38 9182921
石永久, 程 明, 王元清
当 Κs≤0. 6 时,
Σcr = f v;
(7)
当 0. 6< Κs≤1. 3 时,
Σcr = [ 1 - 0. 5 (Κs - 0. 6) ]f v;
(8)
当 Κs> 1. 3 时,
Σcr = 1. 1f v Κ2s.
(9)
该设计方法计算结果与有限元计算结果的比较
见图 5。 从图 5 可以看出, 该设计方法在计算腹板的 临界屈曲强度时, 可以给出准确且安全的结果。
到很高的应力状态, 但此时腹板与加劲肋连接处的
焊缝应力也较大。 有限元模拟中没有考虑焊缝附近
热影响区的材性变化, 因此不能模拟焊接处的破坏。
石永久, 等: 铝合金梁中腹板剪切屈曲的设计方法
921
法包括不考虑腹板的屈曲后强度和考虑腹板的屈曲 后强度。 这样的设计方法可以全面地考虑设计者的 需求。
3) 由于铝合金中有部分材料在焊接热影响区 中强度会降低, 因此焊接热影响区的影响还需要专 门研究。
(2)
式中: Β 为强度缩减系数, 是板件的实际抗剪强度
与材料抗剪强度之间的比值; t 为腹板厚度; b 为腹
板高度; f v 为铝合金的抗剪强度标准值。
有限元模型的荷载、边界条件及材料属性与试
验一致。通过试算结果与试验的对比, 腹板的初始缺 陷取为 b 100; 初始缺陷的模态参照构件弹性屈曲 模态。有限元计算分 2 步进行: 1) 计算构件在荷载 作用下的弹性屈曲模态; 2) 考虑构件的初始缺陷 计算构件的极限承载力。 计算中考虑二阶效应 (P2 ∃ ) , 用R IKS 方法求解。
有限元计算得到的 Β 与试验结果进行了比较 (图 3)。 图 3 中的点较均匀地分布于斜线的两侧, 说 明有限元计算结果与试验数据吻合较好。
3 设计方法
文中提出的设计方法以有限元计算结果为依 据。有限元计算中考虑的参数主要有腹板的宽厚比、
图 3 试验结果和有限元结果的比较
加劲肋间距、材料的热处理类型和梁端是否有封头 肋板。 为了简化设计方法, 根据有限元计算的结果, 设计公式中只以腹板宽厚比、加劲肋间距和材料强 度作为参数; 其他因素影响较小, 可以忽略。
关键词: 铝合金板件; 剪切屈曲; 有限元; 临界屈曲强度; 屈曲后强度
中图分类号: TU 395 文章编号: 100020054 (2008) 0620918204
文献标识码: A
Shear buckl ing des ign of webs in a lum inum beam s
S HI Yong jiu, CHENG M ing, W ANG Yua nq ing
1 试 验
Evan s 和H am ood i 通过试验研究了薄腹板铝合 金梁的破坏[8]。试验包括 4 个系列的 25 根构件。本 文主要参考其中2 个系列15 根构件的试验结果。构 件的几何尺寸见图 1, 图中 a 表示加劲肋的间距。
试验系列1 (图1a) 考虑腹板宽厚比和翼缘刚度2 个参数, 共进行了6 组试验。系列2 (图1b—d) 考虑加 劲肋的布置, 共进行了 9 组试验。
(Key Labora tory of Structura l Eng ineer ing and V ibra tion of M in istry of Educa tion, D epartm en t of C iv il Eng ineer ing,
Tsinghua Un iversity, Be ij ing 100084, Ch ina)
转应力场法。 该方法求得的板件受剪屈曲后强度为
Σu
fv
=
43 Κs
1-
1 4Κ4s
-
2
1 3
Κ4s ,
(10)
该式仅在 Κs> 1 的情况下有意义, 对于薄腹板, 很容
易实现Κs> 1。当Κs≤1 时可以认为Σu= f v。其计算结
果与有限元结果的比较见图 6。
图 4 弹性理论解与有限元结果的比较
参考钢结构规范中的方法, 在塑性段对计算结 果进行拟合, 得到下面的设计方法。
当 Κs≤1. 3 时, 按照式 (7) 和式 (8) 进行计算。 当 Κs> 1. 3 时,
Σu =
0.
76f v
Κ0. s
6.
(11)
该设计方法计算结果与有限元计算结果的比较
见图 7。
由图 7 可以看出, 建议公式得到的结果在大部
分情况下比较准确, 但是对于加劲肋较密的构件则
显得过于保守。
当腹板加劲肋布置较密时, 腹板屈曲后可以达
Key words: alum inum p late; shear buck ling; fin ite elem en t analysis; buck ling strength; po st2buck ling streng th
铝合金梁的设计与钢梁类似, 可以通过采用比 较薄的腹板来减少材料用量。 腹板在剪力作用下可 能发生局部屈曲, 进而对梁的承载力产生不利影响。 由 于铝合金的弹性模量约为钢材的 1 3, 失稳问题 严重, 因此如何在设计中考虑铝合金梁腹板的局部
P
a
;
(5)
当 a b> 1. 0 时,
Κs = 26
bt 5. 34 + 4 (b a) 2
f 0. 2 200M
P
a.
(6)
弹性理论解与有限元结果的比较见图 4。由图 4
可以看出: 在弹性屈曲段, 理论解和有限元结果吻
合得相当好; 在塑性屈曲段, 理论解过于不安全。
3. 2 屈曲后强度
当腹板宽厚比较大时, 弹性屈曲承载力很小, 但
图 7 计算屈曲后强度时, 建议设计方法与有限元 结果的比较
考虑到上述原因, 设计方法中对密布加劲肋腹板抗 剪能力的保守估计也是有道理的。
收稿日期: 2007203219 基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金 (20050003080) 作者简介: 石永久 (1961—) , 男 (汉) , 黑龙江, 教授。
E2m ail: sh iyj@m ail. tsinghua. edu. cn
石永久, 等: 铝合金梁中腹板剪切屈曲的设计方法
参 考钢结构规范中的设计公式, 取 E = 70 GPa, 可得
920
清 华 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
2008, 48 (6)
Σcr = f v Κ2s ,
(4)
式中 Κs 为腹板受剪时的通用高厚比。
当 a b≤1. 0 时,
Κs =
bt
26 4 + 5. 34 (b a) 2
f 0. 2 200M
稳定性便成为一个重要的问题。 对于铝合金梁腹板受剪屈曲的问题, 各国规范
有不同的设计方法。 Eu rocode9 采用的是等效厚度 法, 通过缩减屈曲板件的厚度来考虑承载力的损失, 该计算方法考虑了封头肋板的影响。 美国铝业协会 规范采用的是允许应力法[1- 2]。 两种规范都通过不 同方法考虑了材料的热处理类型。Eu rocode9 的设 计方法考虑了板件的屈曲后强度, 而美国规范方法 同时考虑临界屈曲强度和屈曲后强度。
图 5 计算临界屈曲时, 建议设计方法与有限元 结果的比较