發(fā)布時(shí)間：2018-01-06 02:11

  本文關(guān)鍵詞：基于顯式有限元的多層氣枕式薄膜結(jié)構(gòu)受力及破壞分析　出處：《北京交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：充氣式薄膜結(jié)構(gòu)是本世紀(jì)逐漸發(fā)展起來(lái)的新型結(jié)構(gòu)形式,具有重量輕、強(qiáng)度高和外形新穎等特點(diǎn),在世界各地得到廣泛使用。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這類結(jié)構(gòu)的受力分析研究取得了一定的進(jìn)展,然而已有的研究對(duì)實(shí)際工程中常用的多層充氣薄膜結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及破壞狀態(tài)很少涉及。本文以ETFE材料的氣枕式薄膜結(jié)構(gòu)為例,采用顯式有限元數(shù)值計(jì)算方法,對(duì)雙層和三層氣枕式薄膜結(jié)構(gòu)的形態(tài)、受力與破壞問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)研究,分析了不同狀態(tài)下氣枕式薄膜結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力學(xué)性能;并以工程中常用的三層氣枕式薄膜結(jié)構(gòu)為對(duì)象,進(jìn)行其不同條件下的破壞模擬,并給出實(shí)際工程應(yīng)用的建議,為今后的工程設(shè)計(jì)提供參考。具體內(nèi)容包括:(1)首先,簡(jiǎn)述了動(dòng)力學(xué)問(wèn)題求解的顯式算法與隱式算法的適用范圍與區(qū)別,確定采用顯式有限元算法分析薄膜結(jié)構(gòu)力學(xué)性能及破壞,作為后續(xù)研究的理論基礎(chǔ)。(2)然后,基于顯式有限元理論,采用通用有限元軟件ANSYS Workbench,通過(guò)對(duì)ETFE膜面施加均布?jí)毫Φ姆椒ǐ@得其初態(tài),作為靜力與動(dòng)力分析的幾何模型;提出形態(tài)分析理論,用以確定充氣薄膜結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析模型;對(duì)不同層數(shù)、不同平面外形的充氣薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行找形分析獲取對(duì)應(yīng)形態(tài),驗(yàn)證形態(tài)分析理論的準(zhǔn)確性和適用性。(3)同時(shí),基于形態(tài)分析理論,在不同工作內(nèi)壓與荷載條件下對(duì)比分析雙層和三層ETFE氣枕式薄膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形的特性;并研究三層氣枕式薄膜結(jié)構(gòu)上下腔氣量差對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響,為工程設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。(4)最后,基于三層ETFE氣枕式薄膜結(jié)構(gòu)影響因素的參數(shù)化分析結(jié)果,考慮這類結(jié)構(gòu)不同破壞形式,對(duì)其內(nèi)壓、應(yīng)力和變形的變化規(guī)律進(jìn)行了初步的探討,為該類結(jié)構(gòu)破壞后形態(tài)的維護(hù)提供建議。
[Abstract]:Aerated membrane structure is a new type of structure developed in this century. It has the characteristics of light weight, high strength and novel shape. It has been widely used in the world in recent years. Scholars at home and abroad have made some progress in the research of force analysis of this kind of structure. However, there are few studies on the mechanical properties and failure state of the multilayer aerated membrane structure, which is commonly used in practical engineering. In this paper, the air-pillow membrane structure of ETFE material is taken as an example. By using explicit finite element method, the shape, force and failure of double-layer and three-layer air-pillow membrane structures are studied systematically, and the static and dynamic properties of air-pillow membrane structures under different states are analyzed. Taking the three-layer air-pillow membrane structure commonly used in engineering as the object, the failure simulation under different conditions is carried out, and the practical engineering application suggestions are given. This paper provides reference for future engineering design. The concrete contents include: 1) first, the application scope and difference between explicit algorithm and implicit algorithm for solving dynamic problems are briefly introduced. The explicit finite element method is used to analyze the mechanical properties and failure of thin film structure, which is the theoretical basis of further research. Then, based on explicit finite element theory. The initial state of ETFE membrane surface is obtained by applying uniform pressure on the ETFE membrane by using the universal finite element software ANSYS Workbench, which is used as the geometric model of static and dynamic analysis. The theory of morphology analysis is presented to determine the numerical analysis model of the structure of aerated film. For different layers, different plane shape of inflatable film structure to obtain the shape of the corresponding form, to verify the accuracy and applicability of morphology analysis theory, at the same time, based on morphology analysis theory. The stress and deformation characteristics of double-layer and three-layer ETFE cushion membrane structures are analyzed under different internal pressure and load conditions. The influence of the difference of the upper and lower cavity gas on the mechanical properties of the three-layer air-pillow membrane structure is studied, which provides an important basis for the engineering design. Based on the parameterized analysis results of the influence factors of the three-layer ETFE cushion membrane structure, considering the different failure modes of this kind of structure, the variation law of internal pressure, stress and deformation is preliminarily discussed. Suggestions are provided for the maintenance of the damaged structure.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU38

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1385844