空间网格结构整体疲劳分析的研究

论文摘要

大跨空间结构在风机、风等交变荷载作用下，结构的应力循环交替变化，可能形成结构的疲劳损伤，且疲劳危险区域并不一定在应力最大值处。为了保证结构在设计寿命期内的安全使用，有必要对结构进行整体疲劳分析，评估其在设计年限内的疲劳损伤程度。 本文采用总寿命法进行疲劳分析，试图通过有限元理论分析结构在风、地震、风机等交变荷载作用下的瞬时响应，即用时程分析法得到结构的应力(应变)时程谱，结合疲劳分析的基本理论，把应力时程谱转化成应力峰值谱，运用雨流计数法，采用Goodman准则考虑平均应力的影响，统计出应力循环历程，再根据材料的S—N或ε—N疲劳寿命曲线，估算单一应力循环下的疲劳损伤D，然后用Miner线性累积损伤理论进行累加，得到结构在荷载过后的疲劳损伤程度；并将疲劳分析过程程序化，通过应力时程谱得到在弹性阶段结构任一部分的疲劳损伤程度，找到疲劳危险区域。 结构的整体疲劳问题主要和材料的疲劳特性、外荷载的作用形式、结构的动力特性这三方面有关。当选定了一种材料后，就归结为外荷载作用下结构各个部分的应力—应变分析。对平板网架在风机荷载下的整体疲劳分析中发现，结构可能出现的疲劳与风机荷载的振动方向、振幅、频率以及不同风机振动的相位差等因素有关。对悬臂型挑篷在风荷载下的整体疲劳分析中发现，结构可能出现的疲劳受风作用的方向、大小以及风作用在结构上的快慢程度(文中用参数R来描述)等因素影响。 从对以上结构进行整体疲劳的参数分析中可以看出，对承受较大反复荷载的结构设计时，应适当降低极限承载力下材料的许用应力，使应力循环幅值不至于过大，同时应避免不同位置疲劳损伤值的过大差异，如果疲劳损伤最值相差很大，应加强疲劳薄弱区域的杆件。论文最后对所做的研究工作进行了终结，得出了其它一些有参考价值的结论，并指出进一步研究中亟待解决的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 关于疲劳的概述
• §1.2 疲劳的研究内容及其历史发展过程
• §1.3 疲劳设计方法简介
• §1.4 空间网格结构疲劳研究的必要性
• §1.5 本文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 疲劳分析的基本原理
• §2.1 疲劳的基本概念
• §2.2 抗疲劳性能的测定
• §2.3 疲劳累积损伤理论
• §2.4 疲劳裂纹扩展理论
• 参考文献
• 第三章 疲劳分析的基本方法
• §3.1 金属的单一特性与疲劳特性
• §3.2 现场数据的分类与分析处理
• §3.3 疲劳寿命的估计
• 参考文献
• 第四章 网格结构的疲劳分析流程
• §4.1 高周疲劳与低周疲劳
• §4.2 Basquin疲劳寿命估算模型
• §4.3 Manson-Coffin疲劳寿命估算模型
• §4.4 钢结构规范中的疲劳计算
• §4.5 时程分析的有限元理论
• §4.6 疲劳寿命估计的流程
• 附录1
• 参考文献
• 第五章 风机荷载下的整体疲劳分析
• §5.1 空间网格结构中的疲劳问题
• §5.2 自振特性的计算理论
• §5.3 平板网架的自振特性
• §5.4 风机竖向振动下的疲劳分析
• §5.5 风机水平向振动下的疲劳分析
• 参考文献
• 第六章 风荷载下的整体疲劳分析
• §6.1 风荷载下的疲劳问题
• §6.2 风荷载下的疲劳参数分析
• 参考文献
• 第七章 结论与展望
• §7.1 结论
• §7.2 进一步工作的展望
• 致谢