考虑材料损伤累积单层柱面网壳在强震下的失效研究

采用考虑钢材损伤累积的本构模型,对跨度15米单层柱面网壳在强震下的失效进行了系统的研究。在大量算例的基础上,考察了屋面质量、矢跨比、初始几何缺陷和长宽比等结构几何参数的变化对柱面网壳失效特征和失效极限荷载的影响,探讨了结构的强震失效模式及失效机理。对大量强度破坏算例在失效时刻的特征响应进行统计分析,建立了考虑材料损伤累积的单层柱面网壳动力损伤模型,可对结构在不同荷载强度下的损伤程度进行评估;提出了单层柱面网壳强震失效判别准则,用于判别单层柱面网壳在强震下的失效极限荷载。     

爆炸荷载下网壳结构的动力响应及泄爆措施

以有限元软件ANSYS/LS-DYNA为平台,建立了40m 跨度K8型单层球面网壳在中心TNT 爆炸荷载作用下的精细化有限元数值分析模型。在网壳结构各组成部分的单元选取、钢材本构关系与参数确定、网格尺寸选择与划分方式、结构对称性应用等方面进行了探索,保证了有限元动力分析的精度与可行性。通过比较网壳结构的塑性应变及其发展程度、杆件应变与位移等结果获得了不同网壳矢跨比、炸点距离以及屋面板厚度下的结构爆炸响应规律;以屋面板作为网壳结构的泄爆方式,研究了屋面板开洞率、开洞数量及洞口分布、洞口位置对结构响应的影响。总结了中心爆炸荷载作用下大跨度单层网壳结构的动力响应结果、最佳的屋面板泄爆布置方案,为网壳结构的合理抗爆及防御设计提供了理论依据。     

冲击荷载下单层球面网壳的失效机理

为研究单层球面网壳在冲击荷载下的失效机理,在ANSYS/LS-DYNA中建立60m跨度K8型单层球面网壳与圆柱形冲击物的数值模型并进行数值分析,总结了网壳结构的4种失效模式。通过对失效全过程的分析,从能量的角度将失效过程分为能量施加、能量传递与损失、能量消耗3个阶段。之后分别从能量传递与杆件破坏形式2方面揭示了网壳的失效机理。能量分析表明:剩余能量(Elf)对结构最终动力响应及失效模式起决定作用,而Elf只是初始冲击能量中除去冲击物穿透损失与网壳局部破坏损失后的剩余部分。通过对杆件破坏形式的分析发现:杆件的破坏可能滞后于冲击荷载的作用,且杆件的破坏形式决定其传递能量的能力,当杆件发生拉伸破坏时,其强度被充分利用,传递的能量最多,Elf值较大,网壳整体破坏严重。杆件的破坏形式与Elf及网壳整体的失效模式间有很好的对应关系。     

撞击载荷作用下单层球面网壳动力响应模型实验研究

通过单层KIEWITT8型网壳模型在落锤撞击作用下的实验,研究单层网壳在撞击作用下的动力稳定性。利用动态应变仪和力传感器,获取了落锤撞击网壳时撞击力时程曲线、杆件轴力时程曲线和稳定临界力。利用高速摄影机拍摄了撞击历程、撞击失稳模态及破坏形态。结果表明：撞击作用为三角脉冲荷载形式,其最大幅值和脉宽与撞击冲量和网壳所处变形阶段的刚度性能相关;撞击荷载持续作用的时间为3.00~22.36 ms;撞击接触时间的突然增大对应着网壳的失稳;杆件开始响应的时刻比撞击力开始作用的时刻滞后0.2~0.4 ms;对失稳前的撞击,落锤回弹速度较大;对失稳时的撞击,落锤回弹速度很小;模型具有较大的后屈曲抗撞击能力,在顶点垂直撞击下没有发生连续断裂。     

考虑梁元侧向弯曲的网格圆柱壳结构非线性建模与分析

本文提出了粱元正交布置的单层网格扁壳结构在考虑梁元侧向弯曲时的结构非线性模型.运用虚功原理,给出了该类网壳结构的大挠度基本控制方程和边界条件.对于竖向均布荷载作用下的网格圆柱壳,采用伽辽金法分析并计算得到了考虑侧向弯矩时网格圆柱壳的非线性荷载位移关系和结果曲线,与忽略侧向弯曲的情况进行了比较.同时,还分析了不同矢跨比对网格圆柱壳稳定性的影响.     

响应面法预测单层球壳简单动荷载下的破坏形式

单层球壳在简单动荷载作用下的破坏形式为强度破坏和动力失稳,预测一个球壳的破坏形式具有重要的研究意义。本文通过响应面法计算了中等跨度的单层球壳在简单动荷载(简谐荷载和阶跃荷载)下Pcr(极限荷载)和Pcr/2两个荷载幅值对应的可靠指标及其比值,并定义该值为破坏指标(Kβ),建立了Kβ与破坏类型的定量关系。在此基础上,分析了预测单层球壳破坏形式的原则,制定了合理有效的预测流程,最终达到了预测的目的。结果表明,本文所提出的方法具有较好的准确性和较高的效率。     

多参数影响下开洞口煤仓表面风压系数拟合研究

在实际结构中球形储煤仓的网壳结构都与输煤栈桥相连,栈桥洞口的存在会使网壳表面风荷载变化更为复杂,我国现行规范中对网壳上开洞口的特殊建筑风压没有明确的设计规定。基于此,运用FLUENT软件和计算流体力学(CFD),采用SST?-?湍流模型,对开洞煤仓球面网壳的风荷载分布规律进行了数值风洞计算。分析了当矢跨比、来流风速、网壳高度、风向角、球面半径、栈桥洞口尺寸改变的情况下网壳表面的风压系数分布规律。分析结果表明,矢跨比、风向角、球面半径对网壳表面风压分布有较大影响。栈桥洞口尺寸对网壳表面局部的风压系数有较大影响,针对此种特殊结构推导出了计算风压系数的拟合公式,并将公式应用到已有的风洞实验结果,发现风压分布变化规律大致相同,拟合情况较好。     

亚洲包装中心大厦钢结构穹顶设计

针对某大跨度单层网壳钢结构工程,进行强度和稳定性研究.在描述工程概况和分析工具的基础上,建立了相应的分析模型,确定了荷载情况和组合工况.进行静力分析,确定最不利工况,进行强度校核.利用两种有限元分析软件建立模型,分别进行线性和非线性屈曲分析,可知两种分析模型之间的误差很小,该单层网壳现有的设计方案稳定性好.     

撞击荷载作用下单层椭圆抛物面网壳的动力稳定分析

利用ANSYS/LS-DYNA 有限元程序,考虑几何非线性和材料非线性效应,开展单层椭圆抛物面网壳结构在撞击荷载作用下的动力稳定性研究.分析了该类网壳在以一定高度的自由落体撞击作用下的撞击力响应(撞击力、节点位移、杆件轴力和能量)及网壳失稳模态,进一步根据产生的动力响应对其在撞击作用下的弹塑性动力稳定问题进行了判定.结果表明:网壳结构在撞击作用下失稳时,撞击力时程曲线形状基本上呈陡峭的三角形脉冲荷载形式,其最大峰值和脉宽与撞击冲量及网壳所处变形阶段的刚度性能相关;特征节点的位移响应突然增大,失稳部位杆件的轴力大幅减小,结构的变形能和总能量也突然增大,整个结构变形形状发生突变;节点的残余位移、撞击力和持时等特征参数都产生一致性突变.     

模拟结构倒塌破坏的有限质点法

有限质点法是以向量式力学为基础的新兴结构分析方法,本文将其应用于冲击荷载作用下的网壳结构的倒塌破坏模拟中。以空间杆单元为例建立了有限质点法的基本方程,推导了求解几何和材料非线性问题的基本公式。为计算断裂问题,建立了空间杆单元的断裂准则和断裂模型,发展了有限质点法进行断裂分析的基本算法。通过对某双层网壳冲击荷载下破坏过程的模拟和分析,验证了该方法在结构倒塌破坏过程模拟中的有效性和适用性。     

任意厚度层合开口柱壳的温度应力

基于层合柱壳混合状态方程和边界条件的弱形式,建立了具有固支边的层合开口柱壳的温度应力混合方程,给出了任意厚度层合开口柱壳在温度荷载和机械荷载共同作用下的解析解。     

任意厚度层合闭口柱壳的轴对称温度应力

基于层合柱壳混合状态方程和边界条件的弱形式，在轴对称情况下，建立了两端固支层合闭口柱壳的温度应力混合方程，给出了任意厚层合柱壳在温度荷载和机械荷载共同作用下的解析解。     

层合闭口厚柱壳的温度应力

基于层合柱壳混合状态方程和边界条件的弱形式，建立了两端固支层合闭口柱壳的温度应力混合方程，给出了任意厚度合闭口柱壳在温度荷载和机械荷载共同作用下的解析解。     

网架结构拟夹层板法的有限元验证

用拟夹层板法和有限元法对网架结构进行分析,对三类屋面网架（正放四角锥网架、两向正交正放网架和正放抽空四角锥网架）进行了均布荷载、局部荷载（半跨均布荷载）作用下的静力分析以及固有振动分析,对三类竖向承重网架墙体进行了稳定性分析。通过与有限元法分析结果的对比,表明了拟夹层板法作为一种简化的计算方法,其精度是比较高的,绝大多数的误差都小于5％,是可以直接用于工程结构设计的一种有效方法。此外,拟夹层板法还可作为一种在宏观上检验有限元建模正确与否的实用方法。     

板锥网壳结构的连续化分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理，技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文将板锥网壳结构连续化为能共同作用的特殊形式的三层薄壳，按薄壳理论建立其位移法和混合法的基本微分方程。通过对微分方程的求解，计算其整体位移及结构内力。该法具有一定的精度，可宏观地了解结构的力学性能，并可用于板锥网壳结构的初步设计。     

单层组合型双曲扭网壳静动力特性分析

作者对常见单层组合型扭网壳的结构性状进行了较为详细的研究,经过大量计算,研究了影响网壳结构静力和动力性状的多种因素,从而得出了组合型扭网壳不同于其它网壳的显著特点,本文的结论可供扭网壳的研究和设计参考。     

Ritz-POD法的原理及应用

提出一种在频域内分析大跨度屋盖结构的风振响应的Ritz-POD法。该方法用本征正交分解法(POD法)分解脉动风压场,得到占优的前几阶本征模态作为荷载的空间分布形式;根据此荷载空间分布形式生成Ritz向量,用Ritz向量直接叠加法分析结构风振响应,以解决大跨度屋盖结构多振型参与振动且高阶振型对结构响应贡献可能较大这一问题。运用该方法分析一单层球面网壳的风振响应,并与振型分解法对比,结果表明Ritz-POD法仅用少量的Ritz向量进行结构风振响应分析便可达到较高精度。     

初始几何缺陷对网壳截面优化结果影响研究

单层网壳结构是缺陷敏感结构,初始几何缺陷不同对"网壳截面优化结果"有显著影响,该文研究了网壳杆件截面取值与缺陷分布、结构极限承载力之间的关系.结果表明:经截面优化设计的网壳结构最不利应力最早并且一直出现在初始几何缺陷较大处;优化寻优结果与初始几何缺陷分布有直接关系,增大缺陷较大处杆件截面能显著提高结构承载力;由于缺陷随机分布,经截面优化设计的网壳结构须校核其在不同缺陷下的稳定承载力以确保结构安全.     

结构分析中的退化壳有限元方法

本文评述了退化壳有限元的现状和发展．首先简要介绍了平板壳有限元和以壳体理论为基础的曲壳有限元,接着介绍了单变量（位移型）退化壳有限元的研究现状,最后介绍了多变量（杂交、混合、拟协调和杂交／混合型）壳有限元．      

板壳结构弹塑性稳定性的有限元分析

构造了20参数圆柱壳拟协调单元,同时采用分层模型的弹塑性稳定性分析.根据塑性屈曲的Stowell形变理论,用基于切线刚度矩阵的增量法和修正的Newton-Raphson方法,计算屈曲前的弹塑性内力分布,并用逆幂迭代法求解弹塑性屈曲荷载.