SolidWorks支架受力分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)管道支吊架受力分析總結(jié) 管道安裝在機(jī)電安裝工程中占較大的比重，而管道支吊架的制安在管道安裝中扮演著主要的角色，它直接關(guān)系到管道的承重流向及觀感。有些支吊架不但影響觀感，更存在著安全隱患，為了消除管道支吊架存在的各種隱患，使管道支吊架制安達(dá)到較高水平，有必要對管道支吊架進(jìn)行荷載受力分析，確保支吊架荷載在安全范圍以內(nèi)。選取寶雞國金中心-購物中心地下室某段壓力排水管道進(jìn)行受力分析：系統(tǒng)：壓力排水材質(zhì)：鍍鋅鋼管管徑：DN100管道數(shù)量：兩根兩支架間距：6米一、管道重量由三部分組

2、成：按設(shè)計(jì)管架間距內(nèi)的管道自重、滿管水重及以上兩項(xiàng)之合10%的附加重量計(jì)算（管架間距管重均未計(jì)入閥門重量，當(dāng)管架中有閥門時(shí)，在閥門段應(yīng)采取加強(qiáng)措施）。管道自重：由管道重量表可查得，鍍鋅鋼管 DN100：21.64Kg/m ，支架間距按6米/個(gè)考慮,計(jì)算所得管重為：f1=21.64*6kg=129.84kg*10=1298.4N2.管道中水重f2=r2介質(zhì)l=3.14*0.1062*1000*6kg=211.688kg=2116.88N管道重量f=f1+f2+(f1+f2)*10%=3756.81N受力分析 根據(jù)支架詳圖，考慮制造、安裝等因素，系數(shù)按1.35考慮，每個(gè)支架受力為：F=3756.8

3、1*1.35/2=2535.85N假設(shè)選取50*5等邊角鋼（材質(zhì)為Q235）做受力分析試驗(yàn)分析過程：支架建立1）在REVIT導(dǎo)出要進(jìn)行分析的支架剖面，然后打開solidworks軟件,打開保存好的CAD支架剖面圖；2）通過草圖繪制工具繪制支架輪廓；通過插入-焊件-結(jié)構(gòu)構(gòu)件選擇50*5等邊角鋼，并在繪制好的輪廓圖上依次描圖（如果沒有需要的型鋼號，可以下載國標(biāo)型鋼庫放在solidworks指定的文件夾）； 繪制型鋼輪廓 型鋼的選擇 支架建立賦材質(zhì)：對支架模型賦予普通碳鋼材質(zhì)；支架加載1）定義受力面：對橫擔(dān)的水管投影區(qū)域進(jìn)行分割，便于為下一步載荷選擇指定面（我們等效管道的作用力集中在水平中心截面）；

4、2）邊界條件、載荷的定義:對支架的上端進(jìn)行固定，保證在力的加載過程中不晃動(dòng)，對支架進(jìn)行加載，力的大小為2535.85N; 定義受力面 力的加載 受力分析從圖中可以看出屈服力大小為220.594MPa，而最大應(yīng)力只有164.125MPa，最大應(yīng)力小于屈服力的大小，型鋼處于彈性應(yīng)力應(yīng)變階段。1）應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系如下：繪制成應(yīng)力應(yīng)變曲線圖如下： 從圖中可以看出，應(yīng)力/應(yīng)變曲率變化不明顯，處于彈性應(yīng)力應(yīng)變行為階段，各部位均沒有發(fā)生屈服現(xiàn)象。 由相關(guān)資料可查得50*5等邊角鋼的抗拉強(qiáng)度b=423MPa，抗剪強(qiáng)度r=b*0.8=338.4MPa，型鋼吊桿拉伸強(qiáng)度小于它的抗拉強(qiáng)度，型鋼橫擔(dān)小于它的抗剪強(qiáng)度，所

5、以50*5等邊角鋼可以滿足使用要求。危險(xiǎn)部位應(yīng)力分析 圖中的藍(lán)色區(qū)域?yàn)橹Ъ軕?yīng)力最大的地方，也即該處最容易發(fā)生變形與開裂，在設(shè)計(jì)中應(yīng)對有較大變形的地方，解決辦法有兩個(gè)：1、加固，可以通過增加肋板來加固，在型鋼焊接的地方更應(yīng)該滿焊以此增大接觸面，從而減小開裂的可能；2、通過選擇更大規(guī)格的型鋼來試驗(yàn)，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。 通過上述例子，如果我們選擇40*4的等邊角鋼來試驗(yàn)，通過計(jì)算和分析校核，發(fā)現(xiàn)可以滿足使用要求，從而更加節(jié)省了型鋼的用量。 以上分析只考慮了垂直方向的載荷，實(shí)際上對于有壓管道，同時(shí)存在水平方向的受力，所以我們分開單獨(dú)分析一下。二、支架水平方向受力 1）補(bǔ)償器的彈性反力Pk（僅適用于

6、熱力管道） 當(dāng)管道膨脹時(shí)，補(bǔ)償器被壓縮變形，由于補(bǔ)償器的剛度（對于套筒式補(bǔ)償器，則由于填料的摩擦力作用），將產(chǎn)生一個(gè)抵抗壓縮的力量，這個(gè)力是通過管道反作用于固定支架，這就是補(bǔ)償器的彈性反力，軸向型波紋補(bǔ)償器的彈性反力Pk：Pk=XKx10-1(kg)式中 X管道壓縮變形量（即管道的熱伸長量）(mm) Kx補(bǔ)償器軸向整體剛度)(N/mm)其他各類補(bǔ)償器可通過不同公式計(jì)算得出。2)不平衡內(nèi)壓力Pn（僅適用于熱力管道）當(dāng)在兩個(gè)固定支架間設(shè)置套筒式及波紋補(bǔ)償器時(shí)，而在其中某一固定支架的另一側(cè)裝有閥門、堵板或有彎頭時(shí)，且當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，由于內(nèi)壓力的作用，將有使補(bǔ)償器脫開、失效或損壞的趨勢。為了保護(hù)補(bǔ)償器，

7、要求固定支架有足夠的剛度和強(qiáng)度，這個(gè)力就是管道的不平衡內(nèi)壓力。Pn=P0A(kg)式中 P0熱介質(zhì)的工作壓力（kg/cm2）A按套筒式及波紋式補(bǔ)償器外徑計(jì)算的橫截面積（cm2）當(dāng)支架布置在兩不同管徑之間時(shí)：Pn=P0(A1-A2)(kg)式中A1 直徑較大者補(bǔ)償器橫截面積（cm2）A2 直徑較小者補(bǔ)償器橫截面積（cm2）3)管道移動(dòng)的摩擦力：PmPm=qL式中 管道與支撐間的摩擦系數(shù) 的取值一般為：鋼與鋼滑動(dòng)接觸取0.3鋼與鋼滾動(dòng)接觸取0.1管道與土壤接觸取0.40.6 q計(jì)算管段單位長度的結(jié)構(gòu)荷重，N/mL管段計(jì)算長度,m當(dāng)水平管道位移方向與原管道軸線方向成斜角時(shí)，摩擦力可分解為由軸向力Pm

8、0及橫向力Pmh；且可近似取Pm0=Pmh=0.7Pm。其他影響因素1、管道上帶有閥門的管道固定支架受力分析作用于90彎管的內(nèi)壓軸向推力計(jì)算在流體力學(xué)中, 對于解決流體與管壁之間的作用力時(shí), 應(yīng)用動(dòng)量方程。如圖1 所示, 對于一個(gè)水平放置的90彎管而言, 流體作用于彎管的合力R 可由Rx 與Ry 合成, 當(dāng)彎管的流動(dòng)截面不變, 并不計(jì)阻力損失時(shí), 則Rx =Ry =Pf +QV 合力R=(Pf +QV)cos45作用于90彎管的分角線上。Rx 與Ry 正是作用于延伸兩方固定支架上的內(nèi)壓軸向推力。式中:P 彎管內(nèi)介質(zhì)的工作壓力, Pa ； f 彎管的截面積,m2 ； 彎管內(nèi)介質(zhì)的容重, kg/m

9、3 ； Q 彎管內(nèi)介質(zhì)的流量, m3/s ； V 彎管內(nèi)介質(zhì)的流速, m/s方形補(bǔ)償器的內(nèi)壓軸向推力計(jì)算:根據(jù)圖2 所示, 方形補(bǔ)償器可看成是由4個(gè)90彎管對接組成如所述, 每個(gè)轉(zhuǎn)彎處流體對彎管都存在作用力, 每處作用力的合力記為R1 、R2 、R3 、R4 , 由理論力學(xué)可知, R1 和R4 可合成為R14 , R2 和R3 可合成為R23 , 而R14與R23大小相等, 方向相反, 且作用于同一直線上, 它們是互相平衡的。即方形補(bǔ)償器由于內(nèi)壓產(chǎn)生的作用力, 在其自身就已平衡, 不會(huì)形成對固定支架的軸向推力。虛線方框內(nèi)固定支架的軸向推力計(jì)算a .原設(shè)計(jì)管線虛線方框內(nèi)固定支架的軸向推力計(jì)算由圖

10、2 可知方形補(bǔ)償器對固定支架不會(huì)形成軸向推力, 根據(jù)固定支架所承受水平推力的三項(xiàng)(即摩擦反力Pm 、各種補(bǔ)償器的彈性反力Pk 、不平衡軸向內(nèi)壓力Pn)可知, 該固定支架的軸向推力F1 可用下式表達(dá)(此時(shí)Pn =0)。F1 =1.5kq1L1 +Pk1 -0.7(1.5kq2L2 +Pk2)式中:q1 、q2 計(jì)算管段的管道單位長度重量,N/m ;L1 、L2 計(jì)算管段的長度,m ;k 牽制系數(shù); 管道與支架間的摩擦系數(shù);Pk1 、Pk2 補(bǔ)償器的彈性力,Nb .增設(shè)閥門后管線虛線方框內(nèi)固定支架的軸向推力計(jì)算(閥門關(guān)閉后)當(dāng)閥門打開時(shí), 固定支架的軸向推力計(jì)算方法與F1 相同, 閥門關(guān)閉時(shí), 根

11、據(jù)上述可知此時(shí)固定支架的軸向推力F2 可用下式表達(dá):F2 =1.5kq1L1 +Pk1從上述兩式可以看出F2 比F1 多一項(xiàng)0.7(1.5kq2L2 +Pk2)。因此增設(shè)閥門后, 當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí), 固定支架軸向推力增大。2、管道打壓未采取支撐措施固定支架的受力分析(兩個(gè)施工單位分段施工、分段打壓而未采取支撐措施)a .原設(shè)計(jì)管線固定支架(中間的)的軸向推力計(jì)算該固定支架僅承受卡箍式柔性管接頭的彈性反力Pk 。即F1 =Pk 。b .管道打壓時(shí)未采取支撐措施, 固定支架(中間的)的軸向推力計(jì)算當(dāng)管道打壓時(shí), 根據(jù)對每一個(gè)工程實(shí)例的分析可知, 此時(shí)該固定支架的軸向推力F2 可用下式表達(dá):F2 =Pk +Pn從上述兩式可以看出F2 比F1 多一項(xiàng)不平衡內(nèi)壓力Pn , 而Pn 的計(jì)算公式為:Pn =Pf在實(shí)際工作中, 使用項(xiàng)目若要對原有管線增設(shè)閥門、彎頭等附件時(shí), 必須對附近的固定支架進(jìn)行軸向推力驗(yàn)算, 因?yàn)檫@時(shí)固定支架除了承受原有的軸向推力外, 還要承受由于系統(tǒng)變化(如:增設(shè)閥門)所產(chǎn)生的附加軸向推力,