波纹板的结构分析

波纹板的结构分析

赵礼辉 刘长虹 马加年 罗军

上海工程技术大学，华东理工大学

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Altair 2009 HyperWorks技术大会论文集

波纹板的结构分析

Structural Analysis of Corrugated Plate

赵礼辉1 刘长虹 马加年 罗 军 2（1上海工程技术大学，汽车工程学院） (2华东理工大学，机械与动力工程学院)

摘 要：本文采用HyperWorks的RADIOSS模块，对不同形状的波纹板结构进行强度和

刚度分析。通过对几种不同的结构仿真试验，可知波纹板比平面薄板具有较高的强度和刚度。计算结果表明，波纹板的强度和抗扭刚度并不是随波纹密度的增加而增加。也就是说，在一定范围内随波纹密度的增加并不意味着抗扭刚度和强度也会增加。由于波纹板密度增加则会增加生产加工的工艺水平，因此上如果把该软件有效地应用于对于波纹板的制作和设计使用之中，则可以有效的提高材料的利用率和降低生产成本。

关键词：HyperWorks，RADIOSS，波纹板

Abstract: In this article strength and stiffness analysis are conducted for corrugated

plate of different shapes with RADIOSS module in HyperWorks. Conclusion was got through several different types structure simulation, that corrugated plate has better stiffness and strength than planer ones. The results of simulation show that the strength and torsion stiffness will not always increase as the density of corrugation increase. In other words, strength and torsion stiffness will only increase with density of corrugation in a certain range. Because as density of corrugation increase manufacture become more difficulty, so if HyperWorks can be used to optimize corrugated plate, the usage of material and cost of manufacture can be decreased significantly.

Key words: HyperWorks, RADIOSS, Corrugated plate

1 引言

波纹板结构具有较好的结构刚度性质，这一点可以用OptiStruct进行形貌优化得以证实

[1]

。目前在许多领域得到广泛的应用，目前生产波纹板一般采用扎制或滚压成型等冷加工成

型工艺。一般来讲，在同一宽度上如果波纹数越多，则加工成型的工艺要求越高，制作波纹板的成本越高。因此，对于不同的设计要求，选择不同的波纹板将会有效较低成本。下面本文将就此问题进行分析。

2 波纹板的有限元模型建立

为了研究波纹板的变形情况，特别是抗扭性能。设计一个长为3m，宽为1m，厚度为

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1mm的矩形钢板结构，其材料的弹性模量为200GPa，泊松比0.3。板的一端固定，在另一端的一角施加一个垂直向下的集中力。由于用于对不同形状结构进行比较，因此在此不妨施加载荷值为50N。

图1平板结构的有限元分析模性

波纹高度为25mm，选取四边形板壳单元，共生成大约有7500个单元7701个节点（如图1所示）。为了便于比较，下面将对平面薄板，在相同筋高25mm下，分别考虑筋的宽度为40mm, 80mm, 120mm, 160mm下的波纹板。采用RADIOSS模块，分别对上述同一尺寸的薄板和不同形状的波纹板进行有限元分析。

3 计算结果

分别对上述不同形状的结构进行计算所得到的计算结果如下，为了方便起见，下面对于各种形状波纹板，分别以对应筋的宽度进行命名，即筋宽160mm的波纹板称为160板，其余类推。可以看出最大位移发生部位大致相同在自由边，施加载荷部位。对于平板最大等效应力则大致发生在板的固定端靠近集中力的一边, 但是对于波纹结构则最大应力发生在集中力作用点的附近。

表1 不同形状板的最大位移和最大等效应力

平板 160板 120板 80板 40板

最大位移 (mm)

最大等效应力 (Pa)

2.75e4 9.65e2 3.73e1 2.06e2 3.73e1 2.06e2 3.88e1 2.06e2 4.30e1 2.06e2 - 3 -

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图2平板位移云图 图3平板等效应力云图

图4筋宽度为160 位移云图 图5筋宽度为160等效应力云图

图6 筋宽度为120位移云图 图7 筋宽度为120等效应力云图

图8筋宽度为80位移云图 图9 筋宽度为80 等效应力云图

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图10 筋的宽度为40mm位移云图 图11筋的宽度为40mm等效应力云图

4 结论

根据上面的计算，可知，波纹板结构比平板结构具有更强的承载能力和抗变形能力，在一定宽度尺寸下，变形量随着波纹数量增加而增大，但筋宽为120mm和160mm时波纹板在该工况下的抗变形能力最强。因而，并不是波纹数量越多刚度越大。对于结构承受的载荷而言，最大应力并不随着波纹数量增加而发生变化，应力最大部位在载荷作用部位，范围局限在一个波纹之处。也就是说，由于最大应力被局限于一个波纹附近，因此当波纹条数很多时，最大应力所涉及区域比较小（见图3，5，7，9，11）。

根据本文对波纹板的模拟试验中不同波纹板的变形可以看出，较少波纹数的波纹板的抗扭变形优于波纹数量多的波纹板。

从加工工艺角度而言，由于波纹数越少，则加工工艺相对比较简单，成品率高，生产成本较低。因此，在设计和使用这类材料时，不必一味追求使用或制造波纹多形状复杂的板材。

根据本文采用RADIOSS模拟试验分析，可以证明该软件可以有效地应用于对于该类板的生产制作和设计使用的模拟试验之中。

5 致谢

本项工作得到澳汰尔公司李晓军先生的指导和帮助。

6 参考文献

[1] 周传月，腾万秀，张俊堂. 工程有限元与优化分析应用实例教程[M]. 北京：科学出版社. 2005

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