【摘要】：荷載緩和體系(Load Relieving System)是一種新穎的概念，通過(guò)在結(jié)構(gòu)中引入一種可動(dòng)裝置，達(dá)到自我調(diào)節(jié)和自我保護(hù)的目的。其受力不同于一般的剛性結(jié)構(gòu)，也不同于通常的柔性結(jié)構(gòu)。本文主要以總結(jié)已有荷載緩和體系的研究成果為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)械學(xué)的理論，對(duì)實(shí)現(xiàn)荷載緩和的裝置進(jìn)行了創(chuàng)新研究，并發(fā)展了荷載緩和體系的計(jì)算方法，拓展了荷載緩和體系理論的外延。 本文在綜述現(xiàn)有荷載緩和體系的形式、理論及其計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械學(xué)中的經(jīng)典機(jī)械模型，對(duì)荷載緩和體系的荷載緩和裝置進(jìn)行了創(chuàng)新研究：同時(shí)對(duì)荷載緩和體系的計(jì)算方法，主要是力密度法和多次加載非線性有限元法進(jìn)行了研究和算例驗(yàn)證。主要包括的內(nèi)容如下： 提出了實(shí)現(xiàn)荷載緩和的幾種裝置形式：四連桿裝置、螺旋壓榨裝置、彈簧裝置、結(jié)構(gòu)體裝置和智能材料SMA裝置等形式。并對(duì)其中的彈簧裝置進(jìn)行了彈簧桿結(jié)構(gòu)和彈簧鉸結(jié)構(gòu)以及彈簧—四連桿結(jié)構(gòu)的算例分析。 力密度法是在離散后結(jié)構(gòu)各桿件的幾何拓?fù)�、設(shè)定的力密度值和邊界節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)基礎(chǔ)上，建立關(guān)于節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的線性方程組，然后進(jìn)行迭代計(jì)算求解。算例表明該方法計(jì)算速度快，同時(shí)可以人為控制計(jì)算收斂精度，但該法對(duì)于復(fù)雜荷載緩和體系前期處理工作量仍較大。 本文提出基于通用有限元程序的多次加載非線性有限元法。通過(guò)對(duì)單元參數(shù)的修改，多次分步加載并修正結(jié)構(gòu)幾何模型，以求得最終結(jié)構(gòu)形狀。多次加載非線性有限元法只要保證所考慮的索單元內(nèi)力恒定，則有理由確信結(jié)構(gòu)只發(fā)生了剛體位移，實(shí)現(xiàn)了單元內(nèi)力不變而自由伸長(zhǎng)這一特性，因此也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)荷載緩和體系的受力分析。算例表明，多次加載非線性有限元法能夠有效解決荷載緩和體系的計(jì)算，但是其中的參數(shù)處理、準(zhǔn)確性的界定等問(wèn)題仍需完善。 本文詳細(xì)闡述了彈簧這種材料特性，講述了其在荷載緩和體系中的三種應(yīng)用(彈簧桿結(jié)構(gòu)、彈簧鉸結(jié)構(gòu)和彈簧—四連桿結(jié)構(gòu))，并對(duì)其中的彈簧桿結(jié)構(gòu)和彈簧—四連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力及性能分析。計(jì)算結(jié)果表明：彈簧桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了向下荷載作用下各單元內(nèi)力變化與剛性桿基本相同(有時(shí)還略大)：在向上荷載作用時(shí)結(jié)構(gòu)中雖然發(fā)生了很大的位移，但是其內(nèi)力基本變化不大。因此說(shuō)明彈簧桿結(jié)構(gòu)在向上荷載時(shí)，具有很好的荷載緩和功能。 針對(duì)彈簧桿結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的結(jié)果，本文提出彈簧桿結(jié)構(gòu)應(yīng)用的前提條件：當(dāng)假設(shè)外荷載所對(duì)應(yīng)的虛位移發(fā)生時(shí)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)更有利于承擔(dān)原來(lái)的外荷載。 彈簧—四連桿結(jié)構(gòu)是機(jī)械學(xué)與結(jié)構(gòu)靜力學(xué)的綜合應(yīng)用，其運(yùn)動(dòng)分析可以參照機(jī)械學(xué)中機(jī)構(gòu)分析方法，靜力分析可以采用靜力平衡關(guān)系進(jìn)行分析。經(jīng)本文參數(shù) 分析，在轉(zhuǎn)角仇=1300時(shí)，結(jié)構(gòu)具有較大的外荷載調(diào)節(jié)范圍，相應(yīng)的k取 100kN/弧度。 論文最后對(duì)上述研究?jī)?nèi)容及成果作了簡(jiǎn)單的總結(jié)，并展望進(jìn)一步研究的方向 和需要進(jìn)行的工作。 關(guān)鍵詞:荷載緩和體系;緩和裝置;力密度法;非線性有限元法;彈簧桿結(jié)構(gòu): 彈簧鉸結(jié)構(gòu);彈簧一四連桿結(jié)構(gòu) 么
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：TH123.1
【圖文】：

第九屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)開(kāi)幕式上采用了一個(gè)懸吊結(jié)構(gòu)體系的體育場(chǎng)火卜承重索;2一從帶;3一穩(wěn)定素;4一翰氣管道炬[9](如圖2一2)，該火炬由四圖2一2第九屆全運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式火炬根采用配重加滑輪的處理方法，可以有效地減小承重索的拉力，繼而減輕對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)的影響。處理之后的結(jié)構(gòu)既滿足了功能要求，又造型優(yōu)美，給廣大觀眾留下了深刻印象。圖2一3a柏林sonyeenter玻璃幕墻圖2一3b柏林sonyeenter玻璃幕墻底部緩沖轉(zhuǎn)置荷載緩和的概念也有應(yīng)用于國(guó)外的實(shí)例，如德國(guó)柏林的索尼中心(SONYCenier)的玻璃幕墻【川(如圖2一3a、b)，就是將四根彈簧組合一起連接于抗風(fēng)拉索的底部，從而減小豎索中的風(fēng)荷載拉力，以緩和風(fēng)荷載對(duì)頂部支撐邊的作用。針對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)跨度大，溫度內(nèi)力影響大，而提出的“可呼吸結(jié)構(gòu)”[I3]也是荷載緩和的一個(gè)廣義上的應(yīng)用�？珊粑Y(jié)構(gòu)是由人的呼吸系統(tǒng)引申來(lái)的

a可呼吸

第二章荷載緩和體系的研究2005浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文4a、b)�！翱珊粑Y(jié)構(gòu)”已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程中，建成的天津博物館就采用這種技術(shù)，通過(guò)設(shè)置的板鉸節(jié)點(diǎn)既能很好的承擔(dān)豎向荷載和水平荷載，又能很好的釋放溫度應(yīng)力�！翱珊粑Y(jié)構(gòu)”通過(guò)設(shè)置的板鉸節(jié)點(diǎn)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形及位移，但這個(gè)位移量也還是屬于通常的幾何非線性范疇，因此與荷載緩和體系有所區(qū)別;同時(shí)，“可呼吸結(jié)構(gòu)”是通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，相當(dāng)于部分釋放約束，而荷載緩和體系既可以在節(jié)點(diǎn)設(shè)置緩和裝置，也可以整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載緩和，因此從這種意義上來(lái)說(shuō)，荷載緩和體系比“可呼吸結(jié)構(gòu)”有更大的發(fā)展前途。

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10 郭建斌;陳q

本文編號(hào)：2774309