科技的進步與時代的發展使得桁架結構作為一種簡明的受力結構而被廣泛應用在建筑、橋梁、船舶、機械等工程領域，同時管結構由于其安全、經濟、美觀的性能也越來越多地被使用。管桁架結構集中了管和桁架的優點，在各國工程領域中受到了越來越多的青睞。中國在管節點方面開展了大量的研究工作，而在管桁架方面的研究工作還較少，本研究中使用有限元分析軟件ANSYS對方鋼管桁架的受力、變形、破壞特點進行了分析。
      本研究的桁架尺寸見表，桁架形式及選用的桿件截面尺寸見圖，施加荷載為節點荷載，跨中節點荷載為P，支座節點荷載為P/2。
      本研究中使用有限元分析軟件ANSYS中的4節點彈塑性殼單元Shell43來模擬桁架，同時考慮材料非線性和幾何非線性。網格劃分時，在節點部位較密，單元長度約為10 mm，桿件中部較粗，單元長度為20～30 mm，連接處采用粗細過渡，施加節點荷載于弦桿腹板上，支座約束為一端固定鉸接和一端滑動鉸接的線約束。求解采用基于弧長控制的牛頓-拉弗森方法。材料力學特性是：鋼材為Q235型鋼，材料的屈服強度為235 MPa，彈性模量為2.06×e5MPa，強化模量為2.06×e3MPa，泊松比為0.3。不計材料內部殘余應力的影響，材料服從Mises屈服準則。
      桁架1A和桁架2A不考慮焊縫的影響，而桁架1B和桁架2B考慮焊縫的影響，采用Shell43單元來模擬焊縫，焊縫處腹桿的壁厚為腹桿實際壁厚上焊縫焊腳尺寸的有效值之和。
      本研究中選用桁架2A作為典型桁架進行研究，桁架尺寸及桿件截面尺寸參照表和圖。該桁架為簡支桁架，共將模型劃分為33908個單元，且未考慮初始缺陷、節點焊縫及殘余應力的影響。
      該桁架在節點荷載作用下，發生桁架平面內的彎曲變形。當施加的節點荷載P=23.03 kN(過極值點)時，桁架的變形見圖，節點B、C、D、E的變形見圖。
      由圖可以看出，當該荷載作用下在節點處時，與壓桿相交的弦桿翼緣表面凹陷，腹板表面凸出，與拉桿相交的弦桿翼緣表面凸出。該桁架中K型間隙節點主要發生弦桿表面的塑性屈服。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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