【摘要】：薄壁鋼梁廣泛應(yīng)用于土木建筑、機(jī)械、海洋工程等領(lǐng)域中。由于其壁厚遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于構(gòu)件的其他尺寸,薄壁構(gòu)件的力學(xué)性能與實(shí)體構(gòu)件明顯不同。當(dāng)前對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分析計(jì)算主要有以下四種理論:Euler-Bernoulli梁理論沒有考慮剪切變形的影響,Timoshenko梁理論雖然考慮了剪切變形的影響,但僅考慮橫向剪切變形且與Euler-Bernoulli梁理論一樣適用于實(shí)體梁彎曲性能的分析,不能用于薄壁梁的彎曲與扭轉(zhuǎn)分析;Vlasov發(fā)展了開口薄壁梁扭轉(zhuǎn)與彎曲相結(jié)合的綜合理論,但忽略了剪切變形對(duì)構(gòu)件性能的影響;Benscoter梁理論是基于閉口截面的扭轉(zhuǎn)理論。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍更加廣泛。當(dāng)構(gòu)件的跨高比較小時(shí),剪切變形的影響將不能忽略。課題組針對(duì)薄壁構(gòu)件的約束扭轉(zhuǎn)問題提出了一階理論,該理論不僅考慮了翹曲變形的影響,還可以考慮剪切變形的影響。本文在一階理論和有限單元理論基礎(chǔ)上,對(duì)開口和閉口截面的約束扭轉(zhuǎn)問題展開深入研究,推導(dǎo)基于解析解的扭轉(zhuǎn)單元?jiǎng)偠染仃?并分析扭轉(zhuǎn)剪切變形(翹曲扭矩)的影響。本文研究的主要內(nèi)容如下:(1)開口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)單元推導(dǎo)。單元具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)自由度,分別為總扭轉(zhuǎn)角和自由翹曲扭轉(zhuǎn)角扭率�；谝浑A扭轉(zhuǎn)理論的微分方程解析解,得到了開口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)單元的精確插值函數(shù)。該插值函數(shù)中引入扭轉(zhuǎn)剪切系數(shù),考慮了剪切變形的影響,同時(shí)避免了單元扭轉(zhuǎn)剪切鎖死現(xiàn)象的產(chǎn)生。根據(jù)虛功原理求得新單元的單元?jiǎng)偠染仃嚒?2)閉口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)單元的推導(dǎo)。推導(dǎo)過程與開口薄壁構(gòu)件相似,但考慮到閉口薄壁截面的特殊性,在建立單元?jiǎng)偠染仃嚂r(shí),需要考慮Bredt扭矩M_B和二次約束扭矩M_S的影響。根據(jù)虛功原理求得新單元的單元?jiǎng)偠染仃嚒?3)扭轉(zhuǎn)單元程序的編寫及算例分析。根據(jù)新型開口和閉口扭轉(zhuǎn)單元?jiǎng)偠染仃?利用ABAQUS本身的單元接口UEL進(jìn)行二次開發(fā)�；赨EL程序進(jìn)行算例分析,驗(yàn)證當(dāng)前單元的可靠性及剪切變形的影響規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU391
【圖文】：

薄壁桿件截面形式

：t—壁厚b —截面的最大寬度或高度l —桿長圖 1-1 薄壁桿件截面形式桿件根據(jù)截面形式是否封閉可以將薄壁桿件分為兩種：開口薄壁截面面(如圖 1-2 所示)。

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本文編號(hào)：2722605