某切边不规则凯威特单层球壳结构非线性屈曲分析

以某切边不规则凯威特单层球形网壳作为研究对象,研究由于开洞而造成的不规则、支承拱梁水平刚度和竖向刚度的变化、活载的非对称分布、初始几何缺陷、几何非线性以及材料弹塑性对网壳非线性屈曲性能的影响,并采用有限元软件ANSYS对此结构进行非线性的荷载-位移全过程分析。研究结果表明:与完整球壳相比,切边球壳的稳定性能大幅度下降;与水平刚度相比,拱梁的竖向刚度对稳定性的影响较大;按一致缺陷模态法得到的稳定承载力系数,往往不是最小;初始几何缺陷值取跨度的1/400较适宜;材料非线性对切边球壳稳定性的影响较大;活载的非对称分布对本结构的稳定性并无不利影响。     

单层网壳结构非线性稳定的随机缺陷模态法研究

采用随机缺陷模态法对凯威特–联方型单层网壳进行非线性稳定分析,研究了随机缺陷空间样本数量、矢跨比等因素对网壳结构稳定极限荷载的影响,并将随机缺陷模态法计算结果与一致缺陷模态法计算结果进行了对比.结果表明:采用概率统计方法对该网壳进行稳定分析时,随机缺陷样本数量应不小于90;对于矢跨比较大的单层网壳结构,采用一致缺陷模态法计算稳定临界荷载的概率可靠度较低,需要采用随机缺陷模态法加以验证;当网壳结构的矢跨比小于1/6时,两种初始缺陷分布方法计算出的稳定承载力较为接近.     

单层球面网壳的几何非线性稳定分析

对单层球面网壳进行了几何非线性稳定分析,利用一般空间梁单元的有限元分析,采用特征值屈曲分析预测结构的理论屈曲强度,并得到屈曲模态,再以弧长法对结构变形进行全过程跟踪分析,求得极限临界载荷.文中还详细分析了50 m跨度K-8型铝合金和钢两种网壳在不同载荷作用下的稳定性.     

单层施威德勒型球面网壳屈曲路径全过程追踪

以单层施威德勒球面网壳为研究对象，通过使用ANSYS有限元程序，利用弧长法进行结构几何非线性计算跟踪后屈曲平衡路径，求出网壳的失稳模态和极限稳定承载力，研究不对称加载对单层网壳极限稳定承载力的影响规律。研究表明：弧长法是网壳结构整体非线性分析的有效方法，能有效地追踪网壳失稳全过程，确定极限稳定承载力；在非对称荷载所占比例较大时，非对称加载比对称加载易引起失稳，设计中非对称荷载起主要控制作用。     

单层球面网壳的整体稳定性分析

网壳结构的非线性稳定研究一直是国内外学者关注的热点问题,本文利用大型通用有限元软件ANSYS,以肋环型单层球面网壳为代表,进行了几何非线性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析.考察了网壳初始缺陷的有无、初始缺陷的选取、以及杆件划分的单元数量对其整体稳定的影响,发现杆件单元划分数目对单层球壳整体稳定性系数没有影响,缺陷整体稳定系数比完善结构整体稳定系数低25.6%,二阶模态缺陷整体稳定系数比一阶模态缺陷整体稳定系数低5%左右.     

凯威特单层球面网壳的几何缺陷相关性

凯威特单层球面网壳结构的稳定性对初始几何缺陷非常敏感,特别是节点位置安装误差造成的结构曲面形状偏差.由于单层网壳结构各节点之间由刚性杆件连接,因而不同节点的位置偏差具有相关性.理论分析和实测数据均表明,单层球面网壳结构中节点距离越远,节点位置偏差的相关性越弱.根据对节点位置偏差相关系数的计算推导和分析,建立以节点空间距离为自变量的相关系数函数,提出初始几何缺陷相关性的分式函数计算模型,并给出具有相关性的初始几何缺陷生成方法.建立凯威特单层球面网壳结构数值模型,根据提出的分式函数模型生成具有相关性的初始几何缺陷,将缺陷引入模型并进行整体稳定性分析,结果表明缺陷相关性会对结构整体稳定承载力产生明显影响.进一步对缺陷相关性进行参数分析,将不同相关程度和不同规模大小的缺陷引入模型中并计算结构整体稳定性,结果表明:初始几何缺陷较小时,相关性总是有利于结构稳定性;而缺陷较大时,结构稳定承载力会随相关性增强先减小后增大,中等程度相关性会对结构稳定性产生不利影响.因此,忽略缺陷相关性可能会使凯威特单层球面网壳结构稳定承载力的计算结果偏于危险,取相关系数为0.5进行分析,能有效考虑不利的相关缺陷.     

考虑杆件初弯曲的单层球面网壳稳定性能

基于通用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序,针对是否考虑杆件初弯曲的单层球面网壳结构进行对比分析.采用随机缺陷模态法进行了考虑杆件初弯曲的2800余例K8型单层球面网壳的弹塑性荷载-位移全过程分析,掌握了弯曲角度、幅值随机变量对网壳稳定性能的影响规律.论证了一致缺陷模态法和特征缺陷模态法计算杆件初弯曲对网壳极限承载力影响的适用性.提出了适用于计算考虑杆件初弯曲影响的网壳极限承载力修正的一致缺陷模态法.采用修正的一致缺陷模态法进行了300余例考虑杆件初弯曲的K8型单层球面网壳的弹塑性全过程分析.结果显示:采用修正的一致缺陷模态法可以计算考虑杆件初弯曲的单层球面网壳极限承载力的最小值.杆件初弯曲能够降低单层球面网壳的极限承载力,并改变其屈曲模态和塑性发展分布.当最大允许初弯曲为杆件长度的1/1 000时,网壳极限承载力最大下降5%以上;当最大允许初弯曲为杆件长度的2/1 000时,网壳极限承载力最大下降10%以上.     

基于等稳定要求网壳结构截面优化设计

单层网壳结构是缺陷敏感结构,为降低结构稳定承载力对缺陷的敏感性,提出以稳定承载力随缺陷波动最小(等稳定)为目标函数的单层球面网壳结构截面优化设计方法,即将网壳结构杆件按照缺陷敏感区域进行分组,采用序列两级算法对该分组下的网壳结构模型进行截面优化设计,考虑结构强度、刚度、双重非线性整体稳定等约束条件和随机出现的初始几何缺陷。结果表明,相比于未经截面优化设计的网壳结构,优化得到的新网壳结构在随机给定的28种满足正态分布的初始几何缺陷下,其稳定承载力的均值较大、均方差较小(稳定承载力波动较小),有效提高了网壳结构稳定承载力,降低了网壳结构稳定承载力对初始几何缺陷的敏感性,同时耗钢量略省。     

单层倒悬链型叉筒网壳静力与稳定性研究

针对以倒悬链线作为交叉柱面准线的单层倒悬链型叉筒网壳,对其常见网格形式结构的静力与稳定性进行比较,得到了结构最佳网格形式.在此基础上,将单层倒悬链型叉筒网壳与圆弧型叉筒网壳进行了静力性能与稳定承载力对比,研究了倒悬链型叉筒网壳的稳定性,包括屈曲模态及杆件截面尺寸、结构几何缺陷、荷载不对称分布与支座约束形式等对结构极限承载力的影响.结果表明,单层倒悬链型叉筒网壳三角形网格形式结构性能最佳;该结构相比圆弧型叉筒网壳具有明显的优越性;初始缺陷对结构稳定性影响较为显著,计算时应考虑1/300跨度的初始缺陷峰值;结构对不对称荷载作用较为敏感;矢跨比为0.50时,网壳的稳定性最好,为最优矢跨比.     

拉杆式柱面温室网壳的稳定性能分析

双向网格型单层柱面网壳透光好,耗钢量低,适用于温室结构设计.为了进一步拓宽网壳跨度,通过布置拉杆的方式确保网壳具有足够的刚度,开发了大跨度拉杆式单层柱面温室网壳体系.本文以大规模参数分析作为研究手段,利用通用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对拉杆式柱面温室网壳开展800余例非线性全过程分析,通过结构极限承载力论证布杆方式的有效性,考察了屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,总结长宽比、矢跨比、拉杆预应力、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对温室网壳弹塑性稳定承载力的影响规律.为使温室网壳安全可靠度可以得到有效的保证,做到充分考虑初始几何缺陷对网壳结构稳定性能的影响,文中采用"3σ"原则对塑性折减系数进行重新核定,取值范围为0.60~0.88.     

周期荷载作用下几何缺陷拱的动力稳定性

分析了周期荷载作用下几何缺陷对拱的动力性能的影响.首先将结构有限元节点坐标偏差视为随机变量,通过建立拱的条件相关矩阵,分解得出几何缺陷的分布方式及缺陷幅值标准差.在考虑动力荷载作用下结构的稳定性能时,由Lyapunov稳定性原理出发,推导出了反应结构长期动力性能的运动稳定方程,基于此方程求解Lyapunov指数.对比分析了几何缺陷拱与完善拱的动力稳定性能,研究了周期荷载作用的频率与几何缺陷的大小对拱动力稳定性能的影响.结果表明与静力屈曲模态相似的几何缺陷分布方式对拱的动力稳定性影响最大;同时存在使拱发生动力失稳的激励频率区域.     

基于弧长法的南瓜型超压气球非线性后屈曲分析

稳定性研究是南瓜型超压气球设计面临的重要课题。针对南瓜球非线性屈曲过程,对含初始缺陷南瓜球的稳定性进行研究。首先,对南瓜球进行特征值屈曲分析,得到前8阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷。然后,基于特征值分析的模态构型给出初始缺陷分布,进一步利用非线性有限元中的弧长法分别计算临界缺陷模态和组合缺陷模态下对应的屈曲临界载荷。结果表明,南瓜球对初始缺陷较敏感,缺陷的幅值和分布形式对承压能力和失稳形态均有影响,承压能力随缺陷幅值增大而降低,说明提高南瓜球稳定性需要提高气球的加工精度。同时,对已失稳南瓜球的应力分布进行分析,发现失稳状态下南瓜球高应力区的应力水平远高于相同载荷下未失稳南瓜球的应力水平。可见,失稳现象极大降低了气球的承压能力。     

周围双层中部单层球面网壳的稳定性分析

介绍了一类特殊的局部双层网壳形式——周围双层中部单层球面网壳的构成、特点与形式 .主要以凯威特型球壳为研究对象 ,分析了单层区域大小对网壳稳定行为特征的影响 ,单层区自身稳定特性 ,开洞双层屈曲特征 ,不同解析模型球壳屈曲载荷的变化规律 ,以及支承刚度对屈曲载荷的影响 .     

空腹拱的静力特性分析

为了提高单层网壳结构的稳定性,将格构式压杆引入单层网壳,提出了空腹网壳的概念。空腹拱是空腹网壳的组成个体,目前对其性能的研究非常少。本文对空腹拱的静力性能做了一些研究,利用有限元软件对若干组空腹拱进行计算,得出在不同参量变化中空腹拱结构的内力改变情况,并了解空腹拱的受力性能。     

强震作用下双层球面网壳结构非线性动力响应分析

针对大跨网壳结构的动力特性,提出了在强烈地震作用下双层球面网壳结构的非线性分析和结构动力稳定性判别方法.单元模型中考虑几何非线性和材料非线性的双重影响.分析时,以静力荷载作用下的受力状态作为时程分析的初始状态,采用B-R判断准则确定其临界荷载,通过加速度峰值-结构最大位移曲线来判别结构的动力稳定性,据此找出其动力失稳临界点及破坏规律.通过算例验证了本文方法的有效性.分析结果表明,双层球面网壳结构考虑双重非线性是必要的;一致缺陷模态对结构承载力的影响比振型模态缺陷的影响大.     

板片空间结构缺陷敏感区域

提出了结构缺陷敏感区域的概念,即结构中对某种缺陷非常敏感的区域.借助于结构缺陷稳定分析的改进随机缺陷法,对板片空间结构的缺陷敏感区域进行了研究,结果证明改进随机缺陷法可定量、准确地分析结构的缺陷敏感区域.对2个算例(单层板杆组合结构和有板立体桁架模型)的缺陷敏感区域进行了分析,得出了相应结构的缺陷敏感区域和影响最大的结点位置,并发现不同结构的支座结点的影响相差很大,说明在对结构进行缺陷稳定分析时应考虑支座结点的缺陷,同时也揭示了缺陷分析中确定性方法不考虑支座结点缺陷的局限性.     

单双层球面网壳结构的静力特性及其稳定性能分析

结合一工程实例，将单层球面网壳结构与双层抽空四角锥球面壳结构结合起来，设计了一种新型的空间结构型式，即单双层抽空四角锥球面壳结构，简要介绍了该网壳的设计过程，并采用全铰接模型分析了单双层网壳结构的承载力，应用Lanczos法求解了网壳结构的特征值及特征向量，并运用柱面弧长法跟踪了结构的非线性平衡路径，同时考虑了初始几何缺陷的影响，对比分析了两种不同支座条件的线性及非线性屈曲特征，并得出一些结论，供工程界参考。     

加肋凹型锥-环-柱结合壳稳定性几何修正方法

针对加肋凹型锥-环-柱结合壳这一新型连接结构,分析了初始几何缺陷的形态及其可能出现的位置,并运用有限元仿真技术,得到影响最大的初始几何缺陷形态组合以研究壳板稳定性几何修正方法.通过单因素数值试验,分析了各结构参数对几何修正系数Cg的影响.并提出了Cg的计算方法.结论如下:(1)距环壳临近一档圆锥壳的Cg与各结构参数的关系同普通圆锥壳的Cg有差异;(2)经算例检验,提出的Cg计算方法精度较高,可在工程计算中应用.     

考虑缺陷作用的弹塑性屈曲加筋柱壳设计

对于加筋柱壳等薄壁结构,轴压承载力对不同结构形式表现出不同的缺陷敏感性,寻找低缺陷 敏感度的结构设计形式具有重要的研究意义．首先以分别发生弹性和塑性屈曲的两个直径3 m 的正交加筋柱壳为例,研究了不同幅度双曲母线形状对两者承载力的影响,发现双曲母线外凸和 内凹会分别提高两种加筋柱壳的轴压承载力．然后以特征值屈曲模态和单点凹坑两种缺陷为例 ,对具有不同幅度双曲母线的加筋柱壳开展了缺陷敏感性分析．结果表明,对于两种加筋柱壳结 构均可以通过适当幅度的外凸双曲母线形状降低缺陷敏感性,为提高运载火箭加筋柱壳的可靠 性储备提供了一种易实现的结构方案．