基于ANSYS的透明砂水槽静力学分析

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疏浚业的蓬勃发展对疏浚设备的研发和疏浚技术的进步提出了更高的要求。目前，国内外-般采用砂水槽来模拟河道，盛放疏浚土壤，用以研究不同的施工参数对疏浚产量的影响 J。这些砂水槽-般采用钢筋混凝土结构，虽然成本低廉、搭建简单，但是其可视性差，不便于观察绞刀周围泥砂运动情况。因此，河海大学疏浚实验室搭建透明砂砂水槽实验平 台，用 PIV记录泥砂粒子的运动过程，既提高了精度，又便于实验观察。

透明砂水槽承载时，受到水和泥砂的梯度载荷，且由于水和泥砂密度不同，该梯度载荷斜率也不同，这就给受力分析工作带来了不便。此外，玻璃与钢结构之间的力学模型处理也是-个难点。在传统的设计计算中，由于难以采用合适的计算模型，计算其应力分布相对困难，为了安全起见，往往采用较保守的计算方法，使得结构尺寸过大，大幅增加了建造成本。随着有限元技术的发展，有限元数值分析方法在设计生产中得到了越来越多的应用，采用有限元分析方法，利用三维实体模型可以真实的模拟复杂区域的载荷及边界条件，并计算出最接近真实条件的应力变形分布情况 ]。

1 有限元模型的建立透明砂水槽总长 9 m，宽 1.8 m，高 2.2 m，主要由混凝土结构、钢结构框架和钢化玻璃三个部分组成。钢结构之间采用焊接，钢结构与钢化玻璃之间采用玻璃胶粘接，并用压板压 紧。

目前各个 CAD/CAM软件彼此之间的模型通用性较差，在导人过程中经常发生部分模型数据丢失的情况 ，通过操作ANSYS GUID(图形用户界面)进行建模。钢化玻璃在其承载范围之内，其应力应变关系符合弹性材料的线性曲线，因此所有材料均按弹性材料处理 J。

钢结构和钢化玻璃厚度不大(相对于长宽方向)，且变形以翘曲为主，采用 shel63单元进行建模 共划分了93 937个节点，92 534个单元。网格划分后的模型如图 1所示。

图 1 透明砂水槽有限元模型约束条件 ：钢结构框架底部都预埋在了钢筋混凝土中，钢结构框架的六个自由度被完全限制。钢化玻璃通过玻璃胶与钢结构紧密贴合，并用压块压紧，本文将此连接作者简介：吴吭(1989-)，男，河南信阳人，硕士研究生。研究方向：疏浚设备与技术。

Machine Building 8 Automation，Jun 2013，42(3)：133-134，138 ·133·