空间薄壁钢结构有限元分析及程序模拟

空间薄壁钢结构有限元分析及程序模拟

论文摘要

随着轻型钢结构在工程中的广泛应用,薄壁构件的应用问题也越来越突出,它的受力分析亦变得尤为重要。薄壁构件和实体构件的最大区别就是横截面上的翘曲变形不能再视为相对次要因素而略去不计,因此,由薄壁杆件组成的薄壁结构,无论从薄壁杆件自身还是从薄壁结构整体来讲,其空间的受力反应和变形都十分突出,必须对其进行认真的分析。本文针对开口薄壁杆件主要特征,根据Vlasov的薄壁理论计算了多种开口薄壁截面的几何参数,弥补了《冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018—2002)》中截面相关参数的不足:在约束扭转状态下对薄壁杆件进行静力分析,推导出在集中扭矩和均布扭矩作用下杆件端点的扭矩和双力矩计算公式;考虑翘曲影响,对运用矩阵位移法和有限单元法求得的14×14阶单元刚度矩阵差异进行探讨,求出两种矩阵相吻合的应用范围;采用初参数法和有限元法对算例进行分析,比较两种计算方法的优缺点以及说明翘曲对应力的影响。在静力分析的基础上,运用带有动坐标的迭代法对结构进行几何非线性分析,求解屈服荷载。在振动分析方面采用集中质量矩阵,采用行列式搜索法计算结构的自振频率和振型向量,为薄壁结构的抗震设计提供理论依据。利用Fortran 90语言编制了适用于薄壁结构的计算程序,以14层轻型钢结构为例进行模拟分析,求得结构的屈曲荷载以及自振频率,并将静力计算结果与不考虑翘曲影响的计算结果进行了对比,说明翘曲对内力和应力有明显影响。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 引言
  • 1 综述
  • 1.1 空间薄壁结构的研究现状与发展
  • 1.1.1 空间结构的概念
  • 1.1.2 空间结构的特点与分类
  • 1.2 现行薄壁理论研究
  • 1.2.1 薄壁构件的定义
  • 1.2.2 翘曲理论概要
  • 1.3 本论文的研究目的、意义及主要工作
  • 1.3.1 研究目的与意义
  • 1.3.2 主要研究工作
  • 2 空间薄壁结构的静力分析
  • 2.1 截面几何特性
  • 2.2 有限元法分析过程
  • 2.3 单元刚度矩阵
  • 2.4 荷载
  • 2.5 约束状态下构件的内力计算
  • 2.5.1 初参数法
  • 2.5.2 有限元法
  • 2.6 约束状态下构件的应力计算
  • 2.7 算例分析
  • 3 空间薄壁结构的非线性分析
  • 3.1 一般处理方法
  • 3.2 带有动坐标的迭代法
  • 4 空间薄壁结构的振动分析
  • 4.1 结构的振动特性
  • 4.2 行列式搜索法
  • 4.3 质量矩阵和刚度矩阵
  • 4.4 主从自由度法
  • 5 结构分析程序设计
  • 5.1 结点位移分量编号
  • 5.2 支座沉降和弹性支座的处理
  • 5.3 结构刚度矩阵的变带宽存贮
  • 6 工程算例分析
  • 6.1 工程概况
  • 6.2 程序分析结果
  • 结论
  • 参考文献
  • 在学研究成果
  • 致谢
  • 相关论文文献

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