货架有限元分析主要分析哪些内容？

货架有限元分析（FEA）是一项关键的工程仿真任务，主要用于评估货架结构在各种工况下的强度、刚度和稳定性，以确保其安全性和经济性。主要分析内容包括以下几个方面：

1.静态结构分析

这是最基本和最核心的分析，用于评估货架在额定静载荷下的响应。

强度分析：计算货架立柱、横梁、支撑等关键部件在最大设计载荷下的应力分布。重点检查是否存在超过材料屈服强度或允许应力的区域（应力集中点），防止发生塑性变形或断裂。

刚度/变形分析：计算货架在满载下的变形（位移）量。确保横梁的挠度、立柱的压缩量在允许范围内（通常有行业标准，如横梁挠度不超过跨度的1/200），防止因变形过大影响使用或导致货物滑落。

承载能力验证：通过分析，确定货架各层的最大安全承载，并为载荷标识牌提供依据。

2. 稳定性分析

货架（尤其是高位货架）的稳定性至关重要，主要分析两种失稳模式：

整体稳定性：评估货架整体结构在竖向和水平载荷共同作用下的抗倾覆能力。

局部屈曲分析：

①立柱屈曲：分析立柱（特别是薄壁型钢立柱）在轴向压力下的屈曲临界载荷。这是货架设计的核心，需要考虑不同方向（绕强轴、弱轴）的屈曲模式，以及组立柱中连接螺栓的影响。

②横梁腹板屈曲：检查横梁在承受集中载荷（如托盘支腿压力）时，腹板是否会发生局部屈曲或压溃。

③节点稳定性：分析立柱与横梁连接处、支撑连接点等关键区域的稳定性。

3. 动态与抗震分析

评估货架在动态载荷或地震作用下的性能。

模态分析：计算货架的固有频率和振型。了解其动态特性，避免与仓库内设备（如叉车、通风系统）的运行频率产生共振，导致振动放大。

地震响应谱分析/时程分析：根据建筑抗震设计规范，模拟货架在地震波作用下的响应。分析其最大位移、加速度和应力，确保在地震中不发生倒塌。

冲击载荷分析：模拟叉车碰撞等意外冲击对货架（通常是底层立柱）的影响，评估其抗冲击能力和剩余强度。

4. 非线性分析

为了更精确地模拟真实行为，常需引入非线性因素。

几何非线性：当货架变形较大时（如受撞后），需要考虑变形对结构刚度的影响。

材料非线性：分析材料在超出弹性范围后的塑性行为，用于评估极限承载能力或碰撞后的损伤情况。

接触非线性：精确模拟部件间的连接，如：

①横梁与立柱挂片的连接：接触状态（分离、滑动、闭合）会随载荷变化。

②螺栓连接：模拟螺栓预紧力和接触面上的摩擦。

③货物与横梁的接触。

5. 连接节点分析

货架的强度和刚度很大程度上取决于节点。需要对关键连接细节进行精细化建模分析：

立柱与横梁连接节点：分析挂片、安全销的受力，以及立柱冲孔区域的应力集中。

立柱底板与地面的连接：评估地脚螺栓或膨胀螺栓的拉拔和剪切性能。

支撑连接点：分析斜撑、拉杆与立柱连接处的受力。

6. 疲劳分析（可选，针对特定工况）

对于承受频繁循环载荷的货架（如自动化立体库中的货架，因穿梭车运行产生持续微振动），需评估其疲劳寿命，预测在反复加载下可能产生裂纹的位置。

分析输出的主要结果与目标

货架有限元分析是一个系统性的工程评估过程，它从整体到局部，从静力到动力，从线性到非线性，全方位地仿真货架在安装、使用及极端情况下的力学行为。其核心目标是：

保障安全：预防过载、失稳、倒塌等事故。

优化设计：在满足安全的前提下，通过分析找到“过设计”部分，减轻重量，降低成本。

验证合规：使设计符合国内外相关标准和规范（如中国的GB/T、欧盟的EN 15512、美国的RMI MH16.1等）。

故障诊断：为现有货架的安全评估、加固改造提供科学依据。

通过全面的有限元分析，可以在物理样机制造和安装之前，就最大限度地预测和解决潜在的结构问题，是现代化、高效率货架设计与安全评估不可或缺的工具。