板片空间结构缺陷稳定分析及试验研究

板片空间结构是一种轻质、高强的新型空间结构体系,其整体稳定性是研究、设计过程中的一个关键问题.板片空间结构属于缺陷敏感结构,缺陷稳定分析也是迫切需要而尚未完全得以解决的问题.设计两个板片结构试验模型进行稳定性试验.采用自动协调加载控制系统和电测相结合的方法,连续跟踪记录结构失稳全过程的荷载位移曲线以及应变变化情况.并以结构实测缺陷为依据,分别采用实测缺陷法、一致缺陷模态法和改进随机缺陷法考虑节点位置偏差缺陷的影响.结果表明,自动协调加载控制系统可保证对失稳全过程的跟踪,连续数据采集方式采样率高而且数据测量精度高.实测缺陷法可比较精确地反映板片空间结构实际的稳定性能.一致缺陷模态法分析的临界荷载并不是所有缺陷结构中的最小值,其概率可靠度随着模型的变化而变化.通过改进随机缺陷法,对板片空间结构的稳定性能有了比较全面的认识,也定量分析了设计临界荷载和一致缺陷模态法分析的临界荷载的可靠性.     

板片空间结构的缺陷稳定分析

目前工程中主要采用的一致缺陷模态法对板片空间结构进行缺陷稳定分析得到的并不是结构的最小临界荷载。提出了改进的方法,即采用弹性完善空间结构的临界位移作为结构最不利的初始几何缺陷,然后采用New-Raphson法求得结构的临界荷载。根据对随机缺陷模态法得到的改进方法的概率可靠度以及对具体的模型试验的分析,可以认为改进方法所得到的临界荷载是结构的最小临界荷载。     

板片结构稳定性分析的改进随机缺陷法

初始几何缺陷对板片结构体系稳定性的影响是板片结构计算和设计中的一个关键问题。提出一种考虑初始几何缺陷的改进随机缺陷法 ,它弥补了一般随机缺陷法人工计算量大的缺点 ,也回答了设计临界荷载和一致缺陷法得到的临界荷载的可靠性问题。实例为一试验模型 ,通过理想模型、一致缺陷法、改进随机缺陷法以及试验结果的对比 ,得出一些对板片结构体系设计和研究有益的结论。     

板片空间结构的稳定分析

目前工程上对结构进行缺陷稳定分析的主要办法是一致缺陷模态法。而利用该法对板片空间结构进行缺陷稳定分析得到的并不是结构的最小临界荷载。为此,本文提出了改进的方法,并且通过模型试验加以检验,最后通过随机缺陷模态法得到了改进方法的可靠度。通过以上的检验,本文所提出的改进方法是可行的。     

板片空间结构的改进一致缺陷模态法

目前工程上对结构进行缺陷稳定分析的主要方法是一致缺陷模态法。而利用该法对板片空间结构进行缺陷稳定分析得到的并不是结构的最小临界荷载。为此提出了改进的方法,即通过N-R法来引入结构的初始几何缺陷。为了检验改进方法的可行性,采用一个单层模型试验加以验证并且通过随机缺陷模态法得到了改进方法的可靠度。通过以上的检验,改进方法是可行的。这对板片空间结构的设计和研究有着重要的意义。     

考虑初始几何缺陷的弦支穹顶结构动力稳定性分析

根据基于B-R运动准则改进的判别方法,采用ANSYS有限元分析软件,考虑材料弹塑性,应用静力稳定分析中的"一致缺陷模态法"考虑结构初始缺陷,对不同矢跨比的弦支穹顶结构动力稳定性能进行了研究.研究表明,初始缺陷对结构动力稳定临界荷载有影响,并且初始缺陷对不同矢跨比的结构影响不同.因此,在进行结构分析时,初始缺陷影响不可忽略.     

随机初始缺陷对辐射式张弦梁结构非线性稳定的影响研究

首先对适合网壳结构的传统随机缺陷模态法进行改进,使其更适合对辐射式张弦梁结构进行分析。采用迭代法对辐射式张弦梁结构进行形态分析得到初始态,再使用改进的随机缺陷模态法对结构进行非线性稳定分析,研究了矢跨比、缺陷幅值和预拉力对辐射式张弦梁结构稳定承载力的影响,最后将随机缺陷模态法与一致缺陷模态法的分析结果进行对比。结果表明:初始缺陷会使辐射式张弦梁结构稳定承载力降低,且缺陷幅值越大,结构稳定承载力越低;随着矢跨比减小,结构稳定承载力降低,缺陷结构稳定极限荷载相比于完善结构稳定极限荷载的下降率逐渐增加;索能有效地提高结构稳定极限承载力,降低结构对缺陷的敏感度;预拉力的增加使结构对缺陷的敏感度略微降低;当矢跨比不大于1/10时,可以采用一致缺陷模态法对辐射式张弦梁进行稳定性分析。     

基于改进一致缺陷模态法的轴压圆柱薄壳极限承载力分析

对结构进行缺陷稳定分析的主要方法是一致缺陷模态法和随机缺陷模态法,一致缺陷模态法对薄壁圆柱壳结构进行非线性分析得到的极限承载力与其实际承载能力有一定差距,随机缺陷模态法则工作量很大。基于圆柱薄壳轴压失稳呈现出多模态屈曲的特点,本文提出改进一致缺陷模态法,通过对圆柱壳分别施加不同屈曲模态找到最不利缺陷分布形式。文中通过有限元法验证了改进一致缺陷模态法的可靠性,同时指出按照某一类高阶屈曲模态施加初始缺陷能得到薄壳的最不利极限承载力。     

考虑缺陷的板片空间结构稳定分析

在工程中,一致缺陷模态法是对空间结构进行缺陷稳定分析的主要方法,但该法并不适用于板片空间结构的缺陷稳定分析.鉴于此,提出一种改进的方法,即利用结构屈曲前后两个邻近状态的位移之差来模拟结构的初始几何缺陷.由随机缺陷模态法得到的改进方法的可靠度以及与模型试验结果的对比可以证明,改进方法是可行的.     

组合空间结构稳定性能分析

一致缺陷模态法是网壳结构缺陷稳定分析中的一种重要方法,但是根据本文的分析,该法直接应用于组合空间结构却存在一些问题.为了充分发挥一致缺陷模态法的优点,文章提出了具体的改进方法.并讨论了利用改进方法得到的最不利几何缺陷对结构自振频率的影响,得到了一些对组合空间结构设计有益的结论.     

考虑缺陷的板片空间结构稳定分析

在工程中,一致缺陷模态法是对空间结构进行缺陷稳定分析的主要方法,但该法并不适用于板片空间结构的缺陷稳定分析。鉴于此,提出一种改进的方法,即利用结构屈曲前后两个邻近状态的位移之差来模拟结构的初始几何缺陷。由随机缺陷模态法得到的改进方法的可靠度以及与模型试验结果的对比可以证明,改进方法是可行的。     

Buckling of cylindrical shells under transverse shear

This work concerns with experimental studies on buckling of thin-walled circular cylindrical shells under transverse shear. The buckling loads are also obtained from finite element models, empirical formulae and codes and are compared. Experiments are conducted on 12 models made of stainless steel by rolling and longitudinal seam welding. In situ initial geometric imperfection surveys are carried out. The tests are conducted with and without axial constraint at the point diametrically opposite the loading. Theoretical analyses are carried out using ABAQUS finite element code. Two finite element models considered are: (i) geometry with real imperfection (FES-I) and (ii) critical mode imperfect geometry (FES-II). In the former, the imperfections are imposed at all nodes and in the latter, the imperfection is imposed by renormalizing the eigen mode, using the maximum measured imperfection. General nonlinear option is employed in both the cases for estimating the buckling load. Galletly and Blachut’s expressions, design guidelines of Japan for LMFBR main vessel expressions (empirical formulae), ASME and aerospace structural design codes are used for comparing with experimental loads.The comparisons of experimental, numerical and analytical buckling loads reveal the following. The numerical results are always higher than the experimental values; the percentage difference depends on the wall thickness. FES-II predicts somewhat a lower load than that of the FES-I. The Japanese guidelines predict the lowest load, which is conservative. Experimental loads are lower than that predicted by both ASME and aerospace structural design codes.     

钢结构几何缺陷的直接分析方法

本文介绍了结构几何缺陷的几种处理方法,导出了一种显式的缺陷分析模型,将构件初始缺陷直接引入到单元位移插值函数中,可以同时考虑缺陷以及单元横向荷载引起的二阶效应。分析表明对于构件数较少且缺陷敏感型结构,局部缺陷的影响显著;而对于构件数较多的复杂结构系统,局部缺陷的影响是局部的。给出的几个数值算例表明了本文模型的高效性和准确性,计算结果可直接用于设计,而无需进行构件验算和长度系数的计算。     

Analysis of hyperbolic cooling towers with local imperfections

Two methods to analyse hyperbolic cooling towers with local imperfections are presented. One method relies on the finite element technique. For this a specialized finite-element program, which can model any arbitrary imperfections while retaining the advantage offered by the basically axisymmetric nature of the shell, was developed. The other method is an approximate procedure, which may be implemented with a purely axisymmetric analysis capability. The two methods are compared through numerical studies. A cooling tower shell with a bulge-type imperfection is examined under dead load and wind load conditions. It is concluded that the finite-element model presented is effective for the analysis of such shells, while the equivalent-load method may be adequate for some cases. Also, it is shown that both meridional and circumferential stress resultants may be radically influenced by a small bulge imperfection.     

单层组合加肋拱支网壳的稳定性

介绍了某相贯单层组合加肋拱支网壳结构在竖向荷载及风荷载作用下的整体稳定性。采用有限元软件MIDAS,在两种荷载工况下分别进行了此网壳结构的特征值屈曲、几何非线性屈曲分析,初始缺陷对网壳结构的整体稳定性影响分析。结果表明:网壳结构对初始缺陷较为敏感,初始缺陷会明显降低结构稳定性;不同的荷载工况下,失稳的情况亦不同且网壳结构稳定临界系数随着荷载的增大而降低。     

某车站跨层重载桁架稳定承载力缺陷敏感性研究

为了研究大庆西站跨层重载平面桁架对几何缺陷的敏感性,采用大位移控制法(LDC),提出确定跨层桁架初始几何缺陷的静力变形模态法。分析6种不同幅值初始缺陷条件下跨层桁架结构的非线性稳定承载力,并与一致缺陷模态法计算结果对比,对该平面桁架结构几何缺陷敏感性进行研究。部分结果与相关缩尺模型试验进行比对。研究表明:几何缺陷对结构的承载力影响较小,对结构变形失稳影响较大。经对比分析,静力变形模态法可以作为计算结构稳定承载力的有效方法之一。