单层柱面网壳强震失稳分析中考虑节点刚度影响的简化模型研究

在进行单层柱面网壳强震失稳分析时,采用能考虑球节点轴向刚度和弯曲刚度耦合的壳单元精细化模型固然好,但是壳单元模型的单元数目太多,相对于一般的梁单元简化模型的计算量是非常大的。然而,一般简化模型由于不考虑节点刚度的影响,强震下地震响应分析的结果误差又较大。因此,在简化网壳模型的基础上建立了能等效精细化网壳模型的相对简化模型,此模型在节点区域用梁单元代替空心球节点,通过减小节点区杆件的刚度,可以明显改善模型的分析精度,而且采用模型后计算量增加不大,所以此模型更适合进行此类结构的强震失稳分析。     

K8型单层球面网壳顶点竖向冲击下的冲击荷载特征及荷载简化模型

为简化网壳结构遭受冲击作用时复杂的接触分析过程,基于ANSYS/LS-DYNA建立了单层K8型球面网壳模型,并模拟其在不同冲击作用下的失效过程,辨别网壳的失效模式,并获取了冲击过程中的冲击力曲线。通过对网壳遭受竖向冲击荷载下的这些冲击力曲线特征进行分析,提出了简化的冲击荷载模型,并应用能量守恒定律和动量定理确定了模型相关参数。利用此冲击力模型对网壳结构在冲击荷载下的响应进行分析并与实体冲击物作用下的响应进行了对比,验证了该模型的准确性,应用该模型可以实现对网壳抗冲击性能的简单有效评估。     

考虑节点偏差、杆件缺陷与偏心的单层三向柱面网壳稳定性研究

单层柱面网壳属于缺陷敏感型结构.为了理清节点偏差、杆件缺陷与杆件偏心对其稳定承载能力的影响程度:提出了能同时考虑三种缺陷的力学模型,并详细阐述了各种缺陷的实现方法;深入研究了三种缺陷及其耦合作用对柱面网壳稳定承载能力的影响规律;提出了确定三种缺陷最不利组合形式的方法.主要得出如下结论:柱面网壳稳定承载能力对节点偏差最为...     

单层球面网壳的优化设计

本文以网壳的矢高，网格数，杆件截面积，球节点的体积为设计变量，以总造价最低为目标函数，采用直接搜索法与准则法有机结合的综合优化设计方法，按规范要求对网壳结构的外形及杆件的截面积进行优设计，并考虑了竖向和水平地震作用。     

风荷载下单层柱面网壳的动力稳定

以一单层柱面网壳为例,利用Budiansky-Roth准则研究空间结构在风荷载下的动力稳定性。介绍了Budiansky-Roth准则,通过风洞试验获得单层柱面网壳上的风荷载并研究其动力稳定性,讨论了初始几何缺陷、风向角和风压系数的影响,并将动力失稳分析结果与我国规范和阵风响应因子法（GRF法）计算动力响应导致结构破坏的方法作了比较。研究结果表明,空间结构进行风荷载下的稳定性设计时有必要研究其在风荷载下的动力稳定性。     

初始几何缺陷模式对单层球面网壳抗震性能的影响

为探索地震作用下单层网壳的最不利初始几何缺陷分布模式,对施加四种初始几何缺陷的单层球面网壳分别开展了抗震性能研究.参照相关文献选取一致缺陷模态一、一致缺陷模态二,特征值缺陷及一阶振型缺陷四种典型的初始几何缺陷分布模式,并介绍了四种初始几何缺陷模式的理论计算公式及施加于理想网壳的方法;通过有限元建模分析,考察了施加四种初...     

单层网壳结构冲击响应模式及临界冲击动能研究

采用ANSYS/LS-DYNA对60m跨度的K-6型单层球面网壳建立有限元模型,通过大量参数分析得出K-6网壳的4种冲击响应模式及其变化规律,考虑材料屈服强度、弹性模量及杆件截面积对网壳冲击响应模式及其分布规律的影响,提取网壳在冲击作用下发生局部倒塌和整体倒塌时的临界冲击动能,比较材料特性及截面特性对网壳抗冲击性能的影响,拟合了临界冲击动能的计算公式,并与有限元结果进行了对比。结果表明,K6网壳的冲击响应模式随冲击物携带动能的改变呈规律性变化。在杆件的截面特性和材料特性中,杆件的截面积对网壳的抗冲击性能影响较大,提高杆件的截面积可以大幅度提高网壳抵抗冲击荷载的能力。网壳的临界冲击动能可以利用公式进行计算。该结果对于网壳结构的抗冲击设计具有实际意义。     

单层球面网壳结构的性能研究

本文应用ＳｕｐｅｒＳＡＰ９３计算程序,对单层方型球面结构做了静力,动力及稳定分析;研究了不同矢跨比,支承条件对结构性能的影响及其结构力选取的影响,得出了一些较有价值的结论。     

网壳结构冲击响应分析方法及抗冲击特性研究

在明确网壳结构冲击响应关键问题的基础上,提出了实用有效的网壳结构冲击响应分析方法,包括网壳结构冲击响应的特征指标（荷载作用与特征响应）、冲击响应的分析流程与计算模型三部分。并应用此方法对典型网壳（Kiewitt-8型单层球面网壳）的冲击响应特性进行研究,分析了荷载作用特点、主要节点的速度与位移变化规律、主要杆件的应力变化规律及网壳结构的能量变化特征;结果表明网壳的荷载作用是短时超强的半正弦脉冲;响应特点是在冲击瞬间冲击区局部响应骤增,并逐渐向支座方向传播,从冲击区到支座,结构局部响应依次达到极值,此外,冲击区破坏将导致速度与能量时程曲线突变。上述成果为网壳结构抗冲击研究奠定了基础,也为其他大型结构抗冲击研究提供借鉴。     

冲击荷载下单层凯威特型球面网壳的防护方法及建议

避免结构在冲击荷载下出现整体倒塌为防护目标,对单层凯威特型球面网壳的抗冲击防护方法进行研究。应用有限元软件ANSYS LS/DYNA建立凯威特型单层球面网壳与圆柱形冲击物的模型,并展开大量参数分析工作。在此基础上,依据网壳结构的冲击失效规律及连续倒塌的特点,提出可供实际应用的冲击荷载下网壳结构的3种防护方法（轻屋面,整体加强法,临界位置加强法）;并分别对防护效果进行验证。然后综合考虑防护效果与结构成本,提出冲击荷载下网壳结构的防护建议。     

具有初始缺陷的扁球面网壳的混沌运动与控制

摘 要：在圆形三向网架非线性动力学基本方程的基础上,用拟壳法给出了圆底扁球面三向网壳的大挠度方程和非线性动力学基本方程。在固定边界条件下,引入了异于等厚度壳的无量纲量,对基本方程和边界条件进行无量纲化。并将扁球面网壳的大挠度解当作扁球面网壳的初始缺陷,通过Galerkin作用得到了一个含二次、三次的非线性动力学方程。通过求Melnikov 函数,给出了具有初始缺陷的扁球面网壳系统可能发生混沌运动的临界条件。并通过数字仿真绘出了平面相图,证实了混沌运动的存在并且可以通过改变参数来抑制系统混沌运动的发生。同时也发现了考虑初始缺陷的扁球面系统固有频率增大了,从而发生混沌运动的临界载荷值减小了。     

重力对具有表面层的半空间中Rayleigh波的影响

重力对具有表面层的半空间中Rayleigh波具有重要的影响,假设表面层和半空间均为均匀各向同性介质,首先利用考虑重力作用的运动方程得出了重力影响下具有表面层的半空间中Rayleigh波的弥散方程。该方程经退化后得出了不受重力作用时的弥散方程,且与忽略重力时得到的方程完全一致。然后利用数值方法得到了重力影响下的Rayleigh波弥散曲线,分析了泊松比和表面层的厚度的影响,结果表明泊松比和表面层的厚度对弥散曲线具有明显影响。     

基于可控性柱面网壳结构主动控制作动器布置的优化研究

利用磁致伸缩材料的磁控特性制作的作动器可以对结构进行主动控制。首先分析了这种作动器的工作原理和设计方法,并通过实验对其进行了输出性能测试。接着在对作动器进行动力学建模的基础上,推导出整个柱面网壳结构的作动控制方程,同时基于作动效率,提出了不依赖于控制方法的位置优化准则,并且在综合考虑控制效果系数、硬件成本和系统复杂性等因素的基础上,初步确定了作动器的数量,然后采用遗传算法,对作动器的布置位置进行了优化。最后利用LQR主动控制算法,对一柱面网壳模型结构进行了主动控制分析。结果表明,通过优化布置的作动器能够有效地减小结构的动力反应,是一种较好的主动控制方法。此外,主动控制模拟结果也验证了应用遗传算法优化此类问题的优越性和可靠性。     

空间望远镜层合材料镜片展开过程非线性动力学行为分析

为了研究空间望远镜柔性子镜展开过程对镜片型面精度和望远镜系统的扰动问题,以花瓣式可展开空间望远镜抛物层合镜片为研究对象,基于绝对节点坐标法,采用考虑初始形态曲率的曲壳单元对镜片的形变位移进行描述,表征了层合镜片几何非线性关系与材料非线性关系下的应变和应力关系。利用虚功原理推导了傍瓣子镜展开过程的耦合动力学方程,考虑了镜片弹性变形与大范围运动的耦合作用。针对使用的曲壳单元和传统建模方式,分别对镜片展开过程进行仿真分析,结果表明使用绝对节点坐标法更有利于描述柔性体大变形与大范围运动的耦合,壳单元在描述曲壳结构时更加精确。铰链驱动力矩能够激发镜片的振荡,特别是在多镜片同时展开时,多柔体的耦合作用会严重影响镜面的型面精度,进而扰动卫星本体的姿态。结论对空间望远镜的镜面精度和姿态精度的分析与控制具有理论价值和工程实际意义。     

声障板对单双壳体近表面声压增益影响的计算与分析

根据单双壳体声场的特点,采用不同的反声或吸声障板,对贴覆障板前后壳体近表面处声压增益的变化进行了数值计算,分析声障板对壳体近表面声场的影响,分析不同类型声障板解决双壳体在某些频点增益的正负突变问题的能力以及单壳体贴覆障板的效果。计算结果表明,声障板对于提高双壳体前表面的声压增益有明显效果,且多层橡胶复合反声障板优于泡沫反声障板,总体上吸声障板比反声障板更具优势。对于单壳体,从提高近表面声压增益的角度,不加障板更好。     

An eight‐node hybrid‐stress solid‐shell element for geometric non‐linear analysis of elastic shells

This paper presents eight‐node solid‐shell elements for geometric non‐linear analysis of elastic shells. To subdue shear, trapezoidal and thickness locking, the assumed natural strain method and an ad hoc modified generalized laminate stiffness matrix are employed. A selectively reduced integrated element is formulated with its membrane and bending shear strain components taken to be constant and equal to the ones evaluated at the element centroid. With the generalized stresses arising from the modified generalized laminate stiffness matrix assumed to be independent from the ones obtained from the displacement, an extended Hellinger–Reissner functional can be derived. By choosing the assumed generalized stresses similar to the assumed stresses of a previous solid element, a hybrid‐stress solid‐shell element is formulated. Commonly employed geometric non‐linear homogeneous and laminated shell problems are attempted and our results are close to those of other state‐of‐the‐art elements. Moreover, the hybrid‐stress element converges more readily than the selectively reduced integrated element in all benchmark problems. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

TMD系统在自身参数随机偏离下的减振有效性和可靠性分析

调谐质量阻尼器（TMD）是一种工程中常用的减振装置,但TMD装置的刚度和阻尼系数偏离最优值时,其减振效率将大为降低。本文研究了TMD系统在自身参数偏离下的减振有效性和可靠性问题,提出了一种切合工程实际的TMD系统自身参数随机偏离模型。在此偏离模型下,利用蒙特卡洛方法分别研究了STMD系统和MTMD系统的减振有效性和可靠性,并对两种TMD系统的差异进行了对比和分析。结果表明,TMD系统的减振有效性和可靠性与TMD系统质量比、结构阻尼比、分布TMD个数、调谐频率个数等因素有密切相关。通过对大量数值计算结果的分析,给出增强TMD系统有效性和可靠性的一些有益建议。     

主动约束层阻尼圆柱壳动力学分析的新传递矩阵法

基于作者最近导出的被动约束层阻尼(PCLD)圆柱壳的一阶整合矩阵微分方程,结合压电材料本构关系和比例微分负增益反馈控制策略(PD),建立了一种求解主动约束层阻尼(ACLD)圆柱壳动力学问题的新传递矩阵方法。提出的ACLD圆柱壳的一阶矩阵微分方程,采用了简化的机电耦合模型。通过对ACLD圆柱壳自由振动及其在地震激励作用下的动力学响应分析,表明ACLD圆柱壳的阻尼特性和减振效果相对于PCLD圆柱壳具有明显优势,并且发现采用周向分块敷设ACLD,且施加与结构变形中的占优模态相匹配的控制电压分布方式对地震激励的抑制效果更好。     

分析部分环状覆盖PCLD圆锥壳自由振动与阻尼特性的半解析法

基于Donnell薄壳和线粘弹性理论,对于粘弹性层仅考虑剪切变形,并采用复常量模型模拟粘性层的能耗特性,导出了PCLD圆锥层合壳的整合一阶常微分矩阵方程,由于周向曲率是纵向坐标的函数,系数矩阵比圆柱层合壳复杂。然后借助精细积分和传递矩阵法,提出了一种分析部分覆盖PCLD圆锥层合壳自由振动和阻尼特性的半解析方法。通过数值算例证明了本文方法的有效性,文中还讨论了覆盖率等参数对PCLD圆锥层合壳固有频率和损耗因子的影响,影响程度和PCLD圆柱层合壳也不同。