空間桿系鋼結構非線性分析力學模型及分析方法的研究.pdf

1、空間桿系結構是實際工程中應用最多的一種結構形式.目前,關于空間桿系結構的分析模型和分析方法的精確性、適用性參差不齊,為實現(xiàn)該種形式的結構在荷載作用下的非線性彈塑性全過程跟蹤分析,有必要對其分析模型及分析方法進行全面、系統(tǒng)、深入的分析研究.鑒于此,該文在國內外相關文獻的基礎上,根據(jù)連續(xù)介質力學的基本理論,采用非線性有限元法,進行了空間桿系結構的彈塑性非線性分析模型和分析方法的研究,實現(xiàn)了該種結構的荷載作用下的極限承載力分析.該文首先對目前

2、常用的各種空間桿系結構非線性分析模型和分析方法的優(yōu)缺點進行了綜合評述.Oran梁柱模型雖然精確,但其應用范圍受到了限制,且難以對該模型進行改進和發(fā)展;而非線性空間梁元由于采用假定的位移插植函數(shù),可考慮桿件可能發(fā)生的各種變形形式及各種變形之間的耦合影響,同時又可根據(jù)符拉索夫的實用計算理論,通過引力雙力矩表達引起翹曲變形的力因素,巧妙地把翹曲變形的計算和平面變形的計算和諧地銜接成整體,方便地延伸至薄壁桿系結構的分析,另外還可通過靜力凝聚而得

3、到鉸接連接或混合連接的桿件單元分析模型,且其單元剛度矩陣的形式簡單易于程序實現(xiàn).因此,該文在原有的空間梁元分析模型的基礎上,考慮了空間桿系結構的受力變形特點,提高了更加精確合理的單元分析模型.該文導出了桿件截面轉角與桿件撓曲線斜率之間的數(shù)值關系,同時通過引入截面的翹曲角及其與扭轉角的數(shù)值關系,提出了兩節(jié)點14個自由度單元分析模型.該模型考慮了薄壁構件的截面翹曲變形、二次剪應力對翹曲變形的影響、構件的橫向剪切變形以及雙向彎曲、截面翹曲、橫

4、向剪切變形對軸向位移的影響,得出的單元剛度矩陣的表達式接近滿陣,可反映各種變形間的耦合影響,具有相當好的精確度,可用于薄壁構件組成的空間桿系結構的靜力分析.該文研制了非線性分析程度ADD_N,采用,采用該文提出的各種分析力學模型,實現(xiàn)了空間桿系結構的線彈性分析、幾何非線性分析、近似彈塑性非線性分析、精確彈塑性非線性分析、采用數(shù)學規(guī)劃法進行的結構彈塑性分析和非線性彈塑性滯回分析.該文程序的研制成功為空間桿系結構的極限承載力分析提供了條件.