CN108563815A - 一种光伏复合棚动态风载分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ANSYS Workbench的光伏复合棚动态风载分析方法，解决了目前的分析方法分析时间长、难度大、效率低的问题；包括以下步骤：包括三维建模及导入，模型几何处理，大棚支架抽中面处理拱架抽梁处理，定义材料属性，拱梁和支架分别网格划分，约束自由度，设置荷载子步，施加风压谱，运行求解；该分析方法能准备分析该大棚的应力及变形情况，能够节约分析时间，提升分析效率，同时具备对大棚的连接和局部等细节校核细致和量化的能力。
Description
技术领域
本发明专利提供了一种基于ANSYS Workbench的光伏复合棚动态风载分析方法。
背景技术
光伏复合棚是根据市场需求新研发的一种光伏农业大棚，具有成本低、方便安装等优势，但是此类大棚结构计算较复杂。光伏轻复合棚在设计确定棚型之后，需要进行结构的稳定性计算，尤其对于连接杆件等细长件在受到动态风载时，若其连接件承受的应力小于其许用应力的时候，压杆会发生变形而失去承载能力，即压杆失稳问题。
光伏复合棚的设计必须符合《钢结构设计规范》,依据中国建筑科学与发布的PKPM钢结构技术条件，要求大棚必须满足在动态风载工况下的使用条件，即校核该设计棚型在该工况下的结构强度，现阶段的工程技术人员通常利用PKPM软件进行校核，存在建模繁琐，模型导入困难，分析过程中对大棚的连接，局部等细节校核无法细致和量化，与利用ANSYSWORKBENCH模块相比，PKPM的分析存在分析时间长、难度大、效率低的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用ANSYS workbench有限元软件，基于对光伏复合棚的薄壁机构进行动态风载的分析，为复合棚的设计提供理论上的依据，预防后期建设或应用过程中会产生的一系列问题。
本发明内容包括以下的技术方案：
一种光伏复合棚动态风载分析方法，包括以下步骤：
（1）、基于光伏复合棚的工程施工图，利用Solid Works建立三维几何模型，并另存为STP格式；
（2）、该STP格式的三维几何模型导入ANSYS workbench软件的SPACECLAIM模块；
（3）、为保证网格的划分质量及较高的计算精度，对导入的模型进行几何前处理；
（4）、在Spaceclaim模块中对大棚右侧支架和支撑支架模型进行抽中面处理；
（5）、在Engineering Data模块内依据工程图纸要求定义光伏复合棚的材料属性，包括材料选择，弹性模量，泊松比和材料屈服强度；
（6）、分别对大棚右侧支架上的光伏电池组件进行网格划分，优选的额采用SOLID186单元，单元尺寸为1mm；
（7）、对大棚左侧拱梁进行抽梁处理；对大棚右侧支架以及左侧拱梁进行网格划分；
（8）、在transient structural 模块中施加动态风压谱图，选择光伏电池板以及拱梁为受力面；
（9）、对大棚整体模型施加标准地球重力；
（10）、约束大棚支架和拱梁连接处及其与地面连接处的自由度。
（11）、运行求解计算查看分析结果。
所述步骤（1）中建立三维模型要基于春秋棚的整体尺寸，装配尺寸以及零件尺寸。
所述步骤（3）中的几何处理包括以下步骤：
a、去除大棚拱梁上方的卷帘机部分；
b、简化去掉大棚的梯形墙面部分，去掉支架与C型压块之间的螺栓，去掉大棚支架下的两根拱梁；
c、在螺栓连接部位采用fixed revolved，约束上述螺栓连接部位的移动和转动；
d、其余连接部位默认bonded设置。
优选的，所述步骤（4）中材料的属性为：
45#，弹性模量2.09e+11Pa，泊松比0.269，材料屈服强度355MPa；
Q235A,弹性模量2.12e+11Pa，泊松比0.288，材料屈服强度235MPa；
Q345,弹性模量2.06e+11Pa，泊松比0.28，材料屈服强度345MPa；
所述步骤（7）中的网格划分，其中大棚支架部分的网格划分使用四边形壳单元shell181，因计算精度及计算量的综合考虑，控制该部网格尺寸为6mm；拱梁部分的网格划分，使用梁单元BEAM188，因计算精度及计算量的综合考虑，控制该部网格尺寸为6mm。
有益效果：通过本有限元的分析方法对复合棚进行动态风载仿真计算，可以快速计算出《钢结构设计规范》动态风载条件下，该大棚的应力及变形情况，能够节约分析时间，提升分析效率，同时具备对大棚的连接和局部等细节校核细致和量化的能力。
附图说明
图1为光伏复合棚的施工工程图；
图2为光伏复合棚的动态风谱图。
图3为分析方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步解释。
实施例
一种光伏复合棚动态风载分析方法，包括以下步骤：
（1）、基于光伏复合棚的工程施工图，利用Solid Works建立三维几何模型，并另存为STP格式；
（2）、该STP格式的三维几何模型导入ANSYS workbench软件的SPACECLAIM模块；
（3）、为保证网格的划分质量及较高的计算精度，对导入的模型进行几何前处理；
（4）、在Spaceclaim模块中对大棚右侧支架和支撑支架模型进行抽中面处理；
（5）、在Engineering Data模块内依据工程图纸要求定义光伏复合棚的材料属性，包括材料选择，弹性模量，泊松比和材料屈服强度；
（6）、分别对大棚右侧支架上的光伏电池组件进行网格划分，优选的额采用SOLID186单元，单元尺寸为1mm；
（7）、对大棚左侧拱梁进行抽梁处理；对大棚右侧支架以及左侧拱梁进行网格划分；
（8）、在transient structural 模块中施加动态风压谱图，选择光伏电池板以及拱梁为受力面；
（9）、对大棚整体模型施加标准地球重力；
（10）、约束大棚支架和拱梁连接处及其与地面连接处的自由度。
（11）、运行求解计算查看分析结果。
所述步骤（1）中建立三维模型要基于春秋棚的整体尺寸，装配尺寸以及零件尺寸。
所述步骤（3）中的几何处理包括以下步骤：
a、去除大棚拱梁上方的卷帘机部分；
b、简化去掉大棚的梯形墙面部分，去掉支架与C型压块之间的螺栓，去掉大棚支架下的两根拱梁；
c、在螺栓连接部位采用fixed revolved，约束上述螺栓连接部位的移动和转动；
d、其余连接部位默认bonded设置。
优选的，所述步骤（4）中材料的属性为：
45#，弹性模量2.09e+11Pa，泊松比0.269，材料屈服强度355MPa；
实施例2
本实施例除以下特征外，其余同实施例1；
所述步骤（4）中材料的属性为：Q235A,弹性模量2.12e+11Pa，泊松比0.288，材料屈服强度235MPa；
实施例3
所述步骤（4）中材料的属性为：Q345,弹性模量2.06e+11Pa，泊松比0.28，材料屈服强度345MPa。
Claims (5)
1.一种光伏复合棚动态风载分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、基于光伏复合棚的工程施工图，利用Solid Works建立三维几何模型，并另存为STP格式；
（2）、该STP格式的三维几何模型导入ANSYS workbench软件的SPACECLAIM模块；
（3）、为保证网格的划分质量及较高的计算精度，对导入的模型进行几何前处理；
（4）、在Spaceclaim模块中对大棚右侧支架模型进行抽中面处理；
（5）、在大棚右侧支撑支架进行抽中面处理；
（6）、在Engineering Data模块内依据工程图纸要求定义光伏复合棚的材料属性，包括材料选择，弹性模量，泊松比和材料屈服强度；
（7）、分别对大棚右侧支架上的光伏电池组件进行网格划分，优选的额采用SOLID186单元，单元尺寸为1mm；
（8）、对大棚左侧拱梁进行抽梁处理；对大棚右侧支架以及左侧拱梁进行网格划分；
（9）、在transient structural 模块中施加动态风压谱图，选择光伏电池板以及拱梁为受力面；
（10）、对大棚整体模型施加标准地球重力；
（11）、约束大棚支架和拱梁连接处及其与地面连接处的自由度；
（12）、运行求解计算查看分析结果。
2.如权利要求1所述的光伏复合棚动态风载分析方法，其特征在于：所述步骤（1）中建立三维模型要基于春秋棚的整体尺寸，装配尺寸以及零件尺寸。
3.如权利要求1所述的光伏复合棚动态风载分析方法，其特征在于：所述步骤（3）中的几何处理包括以下步骤：
ａ．去除大棚拱梁上方的卷帘机部分；
ｂ．简化去掉大棚的梯形墙面部分，去掉支架与C型压块之间的螺栓，去掉大棚支架下的两根拱梁；
ｃ．在螺栓连接部位采用fixed revolved，约束上述螺栓连接部位的移动和转动；
ｄ．其余连接部位默认bonded设置。
4.如权利要求1所述的光伏复合棚动态风载分析方法，其特征在于：所述步骤（4）中材料的属性为：
45#，弹性模量2.09e+11Pa，泊松比0.269，材料屈服强度355MPa；
Q235A,弹性模量2.12e+11Pa，泊松比0.288，材料屈服强度235MPa；
Q345,弹性模量2.06e+11Pa，泊松比0.28，材料屈服强度345MPa。
5.如权利要求1所述的光伏复合棚动态风载分析方法，其特征在于：所述步骤（8）中的网格划分，其中大棚支架部分的网格划分使用四边形壳单元shell181，控制该部网格尺寸为6mm；拱梁部分的网格划分，使用梁单元BEAM188，控制该部网格尺寸为6mm。
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| CN201810168469.4A CN108563815A (zh) | 2018-02-28 | 2018-02-28 | 一种光伏复合棚动态风载分析方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114781213A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-22 | 吉林大学 | 一种室内救火机器人支架的受力分析方法 |
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2018
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