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建筑業(yè)和大型裝備制造業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產業(yè)，其高速發(fā)展為扣件行業(yè)的發(fā)展提供了的廣闊空間。但國內扣件的生產與使用并不規(guī)范，由于扣件質量原因而引起的傷亡事故時有發(fā)生。對歷年來涉及到扣件的事故分析表明，由于傳統(tǒng)鑄造扣件的結構精度較差，在一定的載荷下，易造成腳手架整體結構失穩(wěn)坍塌。傳統(tǒng)扣件采用鑄造工藝，無法解決砂眼、氣孔和質地疏松等問題，容易斷裂。且扣件精度不夠，上緊時與鋼管產生點、線接觸，受力時易產生相對滑移。又由于其采用螺栓螺母上緊結構，施工操作時效率低下，且螺紋長期暴露在外極易生銹毀損導致無法拆卸，每批次使用損耗率高，在生產制造過程會造成二次能源消耗、污染環(huán)境，故其結構有待進一步的改進。本文就是根據(jù)這一背景，設計出了一種新型扣件結構，有效地改善了其各種缺點，并通過利用有限元方法對這種新型扣件進行了力學性能有限元分析，并通過實驗與仿真分析結果進行對比，表明所設計扣件結構合理，為扣件后續(xù)的結構優(yōu)化分析奠定了堅實的基礎。
1.1腳手架扣件實體模型的建立新型扣件結構采用斜楔式滑塊鎖緊結構代替?zhèn)鹘y(tǒng)扣件的螺栓螺母鎖緊結構，采用折彎件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑄造件，結構簡單，生產工藝不復雜，適合于單件大批量生產。在二維設計草圖的基礎上，采用先進的三維實體建模軟件PRO/E，建立扣件的三維實體模型。
1.2腳手架扣件實體模型的簡化建模過程中，在不影響全局計算結果的情況下，對其一些局部細微結構進行合理簡化，以便有效地提高計算的效率。另外，根據(jù)模型的對稱性，在建模時只建立其一半的實體模型，這樣不僅提高了建模的速度還提高了網(wǎng)格劃分的成功率。
1.3腳手架扣件參數(shù)的設定組成腳手架扣件的所有材料，均為金屬材料，在有限元分析中金屬材料常用參數(shù)主要包括密度p、彈性模量E、泊松比林、屈服強度、抗拉強度、延生率等，常溫下其不同材料的參數(shù)數(shù)值。
2.1有限元模型將簡化過的三維實體模型輸入ALCOR中，選用三維實體網(wǎng)格(六面體、四面體、混合網(wǎng)格)對裝置進行網(wǎng)格劃分，生成六面體主導的網(wǎng)格并有三棱柱、金字塔、四面體單元作為過渡。六面體網(wǎng)格是有限元計算中效率最高、精度最好的網(wǎng)格形式。網(wǎng)格劃分時，參數(shù)選擇必須合理，網(wǎng)格過粗可能導致計算結果發(fā)生嚴重的錯誤；網(wǎng)格過密會使計算時間很長，甚至不能運行閉。本文采用混合網(wǎng)格劃分(自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格、掃掠網(wǎng)格)，這樣使網(wǎng)格劃分更加合理，整個有限元模型包括56748個節(jié)點和69990個單元。
2.2網(wǎng)格細化的處理有限元分析中為了提高關鍵部件的計算精度，需要對局部的網(wǎng)格進行調整，本文通過ALCOR提供的網(wǎng)格調整技術-一網(wǎng)格細化對模型網(wǎng)格進行細化。程序根據(jù)模型幾何特征智能確定細化部位，模型中的大曲率部位和部件接觸部位為部件的應力集中區(qū)域，將創(chuàng)建細化點，通過設置參數(shù)對細化點附近的網(wǎng)格進行細化。
2.3表面增強的處理有限元模型中表面的網(wǎng)格質量是最關鍵的，因為表面通常是應力最大的區(qū)域。采用表面網(wǎng)格增強處理可以有效提高網(wǎng)格質量，因為ALCOR基于表面網(wǎng)格向內部擴展生成三維實體網(wǎng)格，高質量的表面網(wǎng)格不僅能夠保障計算精度，還可以保證生成質量更好的立面體主導網(wǎng)格。表面增強功能可以對表面網(wǎng)格進一步調整和細化，得到更加規(guī)則和均勻的表面網(wǎng)格。
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