结构力学论文

航空航天与力学学院结构力学论文姓名：陈吴杰学号：1253596班级：飞行器题目：对柔性抗压凳的力学性能的研究关键词：结构，comsol有限元分析，弯曲变形破坏…摘要：此文章主要研究柔性抗压凳在竖直均布载荷下的受力及破坏规律，通过理论推导和comsol有限元分析加以验证。论文目录一．结构分析-----------------------------------------------------------31.概述--------------------------------------------------------------------------------------32.材料分析研究-------------------------------------------------------------------------3二．理论计算------------------------------------------------------------41.模型简化--------------------------------------------------------------------------------2.理论计算--------------------------------------------------------------------------------3.结果评估--------------------------------------------------------------------------------三．comsol有限元分析-----------------------------------------------1.cad建模-------------------------------------------------------------------------------------2.有限元分析---------------------------------------------------------------------------------3.结果评估-------------------------------------------------------------------------------------四．结论---------------------------------------------------------------------结构分析一．概述柔性抗压凳共有四个部分构成：上凳面，中间的桁架结构，下凳面，凳脚。其中：上，下凳面均为50mmx350mm的薄木板；中间的桁架结构是由12根长木条（由三个2mmx60mm的木板粘接而成）线性排列构成；凳脚是由4块50mmx120mm的木板拼接构成。其cad模型如图：二．材料分析研究柔性抗压凳的材料为规格为1000mm×50mm×1mm的木条。木材的力学性能参数如下：（1）压缩失稳时的临界应力（2）顺纹拉伸强度：60MPa；顺纹剪切强度：7MPa；横纹拉伸强度：1.6MPa304050607080(MPa)cr17.7515.912.859.257.04.95二．理论计算1.模型简化经过简单的分析，此结构最易破坏的结构是上凳面，由于中间的桁架结构是均匀分布的，可以取其中的一部分来计算。其凳面力学简化模型如图所示(L=70mm)2.理论计算：画出结构的弯矩图如图：由弯矩图可知，凳面靠近桁架结构的弯矩最大，应该最先发生破坏。具体计算过程如下：解：设上凳面所受均布载荷为QN/m²,则q=Qx0.054N/m。弯矩方程为：M(x)=-22qx(0≤x≤L),M(x)=-22qx+2qLx-22qL(L≤x≤2L),M(x)=-2(3Lx)2q(2L≤x≤3L)；所以最大弯矩为Mmax=22qL由max=MW=22162qLab≤可得：Qmax=16326.5N/m²即得该结构能承受的最大均布载荷为16326.5N/m²。3.结构评估在结构模型简化中可能存在不合理的地方造成计算结果的误差。三．Comsol有限元分析1.cad建模先通过cad建模将所要研究结构的三维模型构建完成，保存为cad文件。如下图所示：2．有限元分析将cad文件导入comsol有限元中，材料用Al代替，输入求解域设定和边界条件，令竖直载荷为16326.5N/m²，进行求解。结果如下：由图可知，根据理论计算的许用载荷加载，结构还没有破坏。继续增大载荷为21500N/m²,再次求解，可得到结果为：此时可以由上图看出，当竖直载荷为21500N/m²时，结构的最大应力为62MPa60MPa。且靠近桁架的位置应力大（这与理论计算的结果是一致的）。所以由有限元方法得到此结构的许用载荷近似为21500N/m²。3．结果评估影响comsol有限元分析的精确度主要有建模的准确性和对软件操作方法的熟悉度。三．结论通过理论计算和comsol有限元分析可以看出，理论计算中对模型简化的不准确对计算结果造成了较大的误差（约为24.1%）。而对于较为复杂的结构及力学问题，有限元方法就体现了它的优越性和准确度。