本文關(guān)鍵詞：基于向量式有限元的索桿結(jié)構(gòu)精細(xì)化分析和倒塌破壞研究　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在外荷載作用下,索桿張力結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生大變形、大變位、斷裂和碰撞等不連續(xù)行為。目前對(duì)于索桿張力結(jié)構(gòu)的分析以宏觀為主流,主要關(guān)注結(jié)構(gòu)的整體受力性能,這雖然能基本滿足結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)研究的要求,卻無法反映結(jié)構(gòu)真實(shí)的失效機(jī)理。本文以索桿張力結(jié)構(gòu)的精細(xì)化分析和倒塌破壞研究為主線,基于向量式有限元,從梁的精細(xì)化分析、索的精細(xì)化分析、結(jié)構(gòu)的斷裂碰撞三個(gè)方面入手,模擬索桿張力結(jié)構(gòu)倒塌全過程,并對(duì)索桿張力結(jié)構(gòu)的局部失效進(jìn)行研究。介紹了向量式有限元的基本概念。從體系離散模型、單元內(nèi)力計(jì)算、等效外力計(jì)算、節(jié)點(diǎn)控制方程求解等方面介紹軸力桿件和彎曲桿件單元的基本理論。為索桿張力結(jié)構(gòu)精細(xì)化分析和倒塌破壞研究奠定理論基礎(chǔ)�；诰�(xì)梁模型,同時(shí)考慮拉壓、彎、剪、扭、翹曲及其耦合效應(yīng)作用的影響,推導(dǎo)了適用于向量式有限元的精細(xì)梁?jiǎn)卧獜椥詰?yīng)變和內(nèi)力計(jì)算公式,總結(jié)彈性計(jì)算流程,編程驗(yàn)證該模型在結(jié)構(gòu)彈性分析中的有效性。在材料進(jìn)入塑性后,隨著軸向應(yīng)變的增加,由平截面假定引起的誤差不可再忽略,需要對(duì)平截面假定進(jìn)行修正。本文基于向量式有限元,考慮平截面假定修正,推導(dǎo)了精細(xì)梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)應(yīng)變及內(nèi)力公式,并利用高斯積分法進(jìn)行精細(xì)梁?jiǎn)卧苄苑治�。采用FORTRAN自編程序,通過算例分析驗(yàn)證精細(xì)梁模型在結(jié)構(gòu)彈塑性分析中的有效性�；谇鷹U理論建立鋼絲靜力拉伸模型,以鋼拉索中的鋼絞線為研究對(duì)象,推導(dǎo)了外部荷載作用下單根鋼絲的平衡方程,重點(diǎn)考察了鋼拉索外層鋼絲螺旋角變化時(shí),鋼拉索總軸力、彈性模量、抗彎剛度等參數(shù)的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上分析受荷過程中拉索上述截面特性變化對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響。以鋼絲繩、半平行鋼絲束以及鋼絞線為研究對(duì)象,利用ANSYS軟件對(duì)采用不同捻制方式的鋼拉索進(jìn)行有限元分析,研究荷載作用下鋼拉索截面應(yīng)力分布規(guī)律。將截面沿徑向分為若干層,定義索截面的各層應(yīng)力修正系數(shù)。基于ANSYS研究成果,考察鋼拉索截面各層應(yīng)力修正系數(shù)γi的分布規(guī)律�？紤]鋼絲間摩擦的影響,以1×7、1×19鋼絞線為研究對(duì)象,通過ANSYS建模分析研究鋼拉索截面應(yīng)力分布規(guī)律。建立桿單元、索單元和梁?jiǎn)卧臄嗔褱?zhǔn)則和斷裂模式,給出斷裂后節(jié)點(diǎn)質(zhì)量、慣性矩及內(nèi)力等參數(shù)的計(jì)算方法。通過數(shù)值方法模擬索桿結(jié)構(gòu)、梁系結(jié)構(gòu)的倒塌全過程。并從能量守恒的角度出發(fā)驗(yàn)證模型的合理性。介紹桿件空間相對(duì)位置的判定條件。在此基礎(chǔ)上建立了桿件運(yùn)動(dòng)中的接觸偵測(cè)方法,推導(dǎo)了碰撞后桿件的接觸力和速度的計(jì)算公式�；谖锢韺W(xué)碰撞試驗(yàn),提出碰撞時(shí)的能量耗散模型。以節(jié)點(diǎn)最大位移和松弛破斷桿件比例作為指標(biāo),參考已有文獻(xiàn)提出外荷載作用下索桿張力結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)則。進(jìn)一步分析局部索桿失效、支座約束失效等情況下結(jié)構(gòu)的受力全過程。以Levy型索穹頂和弦支穹頂為例記錄脊索、斜索、環(huán)索和豎桿突然斷裂時(shí),結(jié)構(gòu)變形的整個(gè)過程及斷索后各桿件的內(nèi)力變化過程。研究支座約束失效對(duì)索桿張力結(jié)構(gòu)的影響,記錄結(jié)構(gòu)某個(gè)支座的x方向或y方向失效時(shí)結(jié)構(gòu)的倒塌破壞全過程以及各桿件的內(nèi)力變化全過程。對(duì)梁?jiǎn)卧�、索單元進(jìn)行精細(xì)化分析,并將其應(yīng)用于索桿張力結(jié)構(gòu)倒塌分析之中,提出外荷載作用下索桿張力結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)則,豐富了向量式有限元單元模型,為索桿張力結(jié)構(gòu)局部失效及倒塌破壞研究提供一種有效的方法。
[Abstract]:In this paper , the basic theory of the elastic strain and internal force of the steel cable under the action of external load is analyzed by using the finite element method .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU399

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本文編號(hào)：1439432