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单层球面网壳极限荷载的精细化有限元分析

作　者: 丁茂强
导　师: 顾磊
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 土木工程
关键词: 焊接空心球节点节点刚度焊接缺陷单层球面网壳极限承载力
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 1次
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内容摘要

稳定性分析是单层网壳结构设计中的关键问题,网壳的稳定性和承载力变化都可以从其荷载-位移全过程曲线中得到体现。研究网壳结构的荷载-位移曲线也可较准确的把握结构强度、节点刚度、以及缺陷等因素对网壳的影响。网壳结构中焊接空心球节点应用较为广泛,作为网壳结构中的关键节点—球节点对网壳结构稳定性有重要的影响。虽然网壳的跨度和矢跨比、初始缺陷、荷载分布等参数也是影响网壳稳定性的重要因素,但前人都已经做了深入得研究,本文将在前人研究的基础上,着重对焊空心球节点对网壳稳定性的影响展开精细化分析。研究选用有限元分析软件ANSYS中的Shell181单元,建立精细化模型进行数值分析,综合考虑网壳类型和计算速度的限制,选取有代表性的K6(2)网壳为计算模型,研究内容主要分为以下三个部分。第一部分采用传统的梁单元分析和精细化壳单元分析两种方法对模型进行研究,对比两种分析方法的结果,寻找共同点和差异之处,确定精细化分析方法的适应性。第二部分主要研究焊接空心球节点参数(球壁厚、球直径)变化对网壳的影响,根据不同节点参数建立精细化壳单元分析模型,通过数值计算获取不同球节点参数时网壳的荷载-位移曲线,提取相关网壳失稳时位移、应力、塑性云图,最后得出焊接空心球节点参数变化对网壳稳定性和极限承载力的影响规律。第三部分主要研究钢材焊接过程引起的焊接区域材料性能变化、焊接缺陷以及初始缺陷对网壳极限承载力的影响,得出相关结论。为考察模型尺寸效应,本文还选取符合工程常用尺寸的模型进行壳单元数值分析,并与梁单元方法计算结果对比,再次证明了精细化分析方法结论的正确性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题来源及研究目的和意义  8-10
    1.1.1 课题来源与研究背景  8-9
    1.1.2 课题研究目的和意义  9-10
  1.2 网壳结构国内外研究现状  10-15
    1.2.1 国内外研究理论和方法发展  10-13
    1.2.2 研究课题相关信息的研究现状  13-15
  1.3 本文主要研究内容与方案  15-17
第2章单层球面网壳精细化有限元模型的建立  17-29
  2.1 有限单元法概述  17
  2.2 网壳结构的类型和选型  17-20
    2.2.1 网壳结构的类型  18-19
    2.2.2 单层球面网壳的类型分类  19-20
  2.3 梁单元网壳模型的计算分析  20-24
    2.3.1 钢材本构关系及屈服准则  21-22
    2.3.2 空间梁单元模型分析  22-24
  2.4 壳单元精细化模型的建立与计算分析  24-27
    2.4.1 壳单元K6(2)模型的建立  25-26
    2.4.2 壳单元K6(2)网壳模型的计算分析  26-27
  2.5 本章小结  27-29
第3章节点参数对单层球面网壳的影响  29-41
  3.1 概述  29
  3.2 球节点壁厚对网壳极限承载力的影响  29-36
    3.2.1 球节点壁厚的确定  29
    3.2.2 壁厚参数变化的模拟计算分析  29-36
  3.3 球节点尺寸变化对网壳极限承载力的影响  36-40
    3.3.1 球节点尺寸变化范围的确定  36-37
    3.3.2 球节点直径变化的模拟计算分析  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章缺陷对网壳的影响和足尺模型分析  41-52
  4.1 引言  41
  4.2 焊接简介  41-42
    4.2.1 焊接接头  41-42
    4.2.2 焊接方法  42
  4.3 焊缝区域材料特性变化对网壳的影响  42-46
    4.3.1 焊接区域材料特性及宽度  42-43
    4.3.2 数值模型的建立  43-44
    4.3.3 焊接区域材料变化对网壳影响的分析  44-46
  4.4 焊接缺陷对网壳的影响  46-48
    4.4.1 本构关系考虑焊接缺陷  46
    4.4.2 焊接缺陷对网壳影响的模拟分析  46-48
  4.5 初始几何缺陷对网壳极限承载力的影响  48-49
  4.6 足尺模型分析  49-51
    4.6.1 模型尺寸对比分析  49-50
    4.6.2 位移、塑性云图对比分析  50-51
  4.7 本章小结  51-52
结论  52-54
参考文献  54-57
附录  57-62
致谢  62

单层球面网壳极限荷载的精细化有限元分析

内容摘要

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