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复杂受力焊接空心球节点足尺试验与自动分析

作　者: 鲁奕
导　师: 熊世树
学　校: 华中科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 焊接空心球节点足尺试验非线性分析承载力自动分析
分类号: TU356
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

焊接空心球节点以其构造简单、连接方便、不产生节点偏心等优点而成为网架结构中应用最为广泛的一种节点形式。近年来,为了满足空间网架结构大跨度的需求,超大直径的焊接空心球节点不断被应用于实际工程中。然而,目前对大型焊接空心球节点的力学性能及承载力等方面的研究尚不够全面,因此,研究此类节点的静力工作性能并提出可行的设计方法来指导工程实践具有重要的意义。本文以武汉体育中心二期体育馆为工程背景,选择了一个有代表性的受力复杂的超大直径焊接空心球支座节点作为研究对象,从理论和试验两个方面对其进行了系统的分析。首先,基于有限元理论基础,考虑几何非线性及材料非线性,采用通用有限元软件ANSYS对球节点进行非线性分析。采用ANSYS中shell143弹塑性壳单元进行建模,并假定材料为等向强化双线弹塑性,服从Von-Mises屈服准则。采用Newton-Raphson迭代方法进行计算,并辅助了线性搜索技术、应用预测和自适应下降等加速收敛技术。其次,在有限元分析的基础上合理布置多个应变计,设计节点试验方案并对焊接空心球节点进行足尺模型试验,进而获得试验过程中节点上关键部位的应力状态,并确定节点的承载力。之后将试验结果与有限元分析结果进行对比和分析,从而验证了有限元分析的合理性和可靠性。最后,在ANSYS中基于APDL语言进行二次开发并创建焊接球空心节点专用分析程序,实现在对话框中输入节点杆件数量、节点几何参数、节点荷载大小后的自动建摸、加载、分析及结果的读取。通过同样的方法可以实现不同类型球节点的自动设计分析,为球节点的理论研究提供了一种新的参考方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 概述  8-9
  1.2 焊接空心球节点的研究现状  9-13
  1.3 本文的研究内容  13-15
2 有限元分析的理论基础  15-23
  2.1 概述  15-16
  2.2 结构非线性  16-20
  2.3 非线性方程组求解  20-22
  2.4 本章小结  22-23
3 大型焊接空心球节点的有限元分析  23-33
  3.1 工程概况  23-26
  3.2 几何模型  26
  3.3 单元的选取  26-27
  3.4 计算模型  27-28
  3.5 有限元分析结果  28-32
  3.6 本章小结  32-33
4 大型焊接空心球节点的足尺试验研究  33-56
  4.1 概述  33
  4.2 试验模型  33-34
  4.3 加载系统  34-41
  4.4 测试系统  41-44
  4.5 试验结果与分析  44-54
  4.6 试验结果与有限元分析结果的比较  54-55
  4.7 本章小结  55-56
5 ANSYS 下的焊接球节点自动分析程序  56-77
  5.1 概述  56
  5.2 开发球节点分析程序的整体思想  56-57
  5.3 程序模块的开发过程  57-65
  5.4 程序的界面  65-66
  5.5 程序的操作检验  66-76
  5.6 本章小结  76-77
6 结论与展望  77-79
  6.1 结论  77-78
  6.2 展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-83

复杂受力焊接空心球节点足尺试验与自动分析

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