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.

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。

控制竖向几何缺陷的特征缺陷模态法

为了准确快速地分析带有初始几何缺陷的单层网壳结构静力稳定性,通过分析特征缺陷模态法和随机缺陷模态法的初始几何缺陷值,并对1/4、1/5、1/6和1/7矢跨比的K8凯威特单层网壳结构进行线性屈曲分析,发现特征缺陷模态法的竖向几何缺陷值小于随机缺陷模态法,在矢跨比较大时会更明显,进而分析了特征缺陷模态法在矢跨比较大时可靠度较低的原因,提出控制竖向几何缺陷的特征缺陷模态法。运用所提出的方法和N阶特征缺陷模态法对网壳结构进行了弹塑性荷载-位移全过程分析。结果表明,控制竖向几何缺陷的特征缺陷模态法与N阶特征缺陷模态法的计算结果接近,误差在工程允许的5%以内,控制竖向几何缺陷的特征缺陷模态法较N阶特征缺陷模态法可以更安全地评估网壳结构的稳定性能。

含几何缺陷的桁架臂有限元建模方法及在非线性稳定性计算中的适用性分析

通过对臂架初始几何缺陷的统计与整理,可将臂架初始几何缺陷划分为整体缺陷与局部缺陷。以750 t履带起重机63 m臂架为例,研究含几何缺陷的臂架有限元建模方法。通过等效载荷法模拟臂架的整体缺陷。重新定义一致缺陷模态法的模态导入比例系数和缺陷幅值,结合模态的组合形式模拟各种可能的局部缺陷。由此构建含整体缺陷和局部缺陷的臂架有限元模型对比双重非线性稳定性计算结果,比较各种缺陷模态下模型的极限载荷,最终确定最不利的缺陷模态,为含几何缺陷的臂架非线性稳定性计算提供借鉴与参考。

基于模态缺陷的受压球壳屈曲特性研究

针对受压球壳非线性屈曲过程,对含初始缺陷受压球壳的稳定性进行研究。根据EN1993-1-6(2007)规范,给出不同制造等级壳体的等效缺陷值计算方法;基于线性特征值分析的模态构型给出初始缺陷的分布。利用非线性有限元弧长法对球壳受压失稳过程进行数值模拟,得到屈曲前后球壳变形情况及全过程载荷-位移曲线。计算一致缺陷模态法和N阶缺陷模态法对应的球壳屈曲临界载荷,结果表明,受压球壳对缺陷较敏感,承载能力随缺陷值增大而降低;一致缺陷模态法计算便捷,在工程应用上具有合理性,N阶缺陷模态法考虑高阶模态缺陷构型,结果更加全面,可以为工程中缺陷结构稳定性设计提供参考。

考虑初始缺陷的扣件式钢管模板支架极限承载力研究

以扣件式钢管模板支架整体稳定性试验模型为计算模型,结合材性试验和节点半刚性试验,在有限元软件ANSYS中建立了具有材料多线性随动强化和节点半刚性的整架模型.以实测缺陷为依据,对架体进行一致缺陷模态法和随机缺陷模态法的缺陷非线性稳定分析,结果证明了该有限元模型的正确性和一致缺陷模态法在分析扣件式钢管模板支架结构时的可行性,并指出扣件式钢管模板支架结构应属于缺陷敏感结构.通过对结构试验、一致缺陷模态法和随机缺陷模态法计算的结构失稳模态和荷载位移曲线的对比研究,验证了扣件式钢管模板支架结构的脆性失稳破坏特征,并得出了一些有意义的结论.

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。

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敏感,对杆件缺陷较为敏感。杆件缺陷的影响程度与节点偏差的大小有关,随着节点偏差的增大,杆件缺陷的影响程度逐渐降低;杆件的弯曲方向对柱面网壳极限荷载的影响很明显;随着杆件偏心距的增大,极限荷载近似线性地降低;与节点偏差相比,杆件缺陷与偏心对柱面网壳极限荷载的影响也相当明显,无论节点偏差大小与否,杆件缺陷与偏心对柱面网壳极限荷载的影响不容忽略;采用改进的一致缺陷模态法可高效地确定三种缺陷的最不利组合形式;随着杆件缺陷与/或杆件偏心的增大,柱面网壳的整体刚度及极限荷载逐渐降低。

大跨度椭圆抛物面弦支穹顶结构的缺陷敏感区域分析

厚街体育馆钢屋盖采用大跨度椭圆抛物面弦支穹顶结构,支座间净跨110m×80m,上部单层网壳矢高9.4 m.分别以此结构与相应的单层网壳为分析对象,采用改进的随机缺陷模态法,对两类结构的缺陷敏感区域进行对比研究.在此基础上,进一步探讨局部拓扑形式改变及活载半跨分布对弦支穹顶结构缺陷敏感区域的影响.研究表明:弦支穹顶结构的缺陷敏感区域位于上部单层网壳;弦支穹顶与相应单层网壳的缺陷敏感区域有较大差异,下部索杆体系的引入明显改善了上部单层网壳的缺陷敏感性;局部拓扑形式的改变,可有效降低结构的缺陷敏感程度;活载的半跨分布对传统拓扑形式弦支穹顶结构缺陷敏感区域的影响并不大,但对于该结构上部单层网壳中心区域的影响较为显著.

空间异型双曲面钢屋盖缺陷稳定性分析及试验研究

南通体育会展中心钢屋盖为空间异型双曲面,结构高跨比和矢跨比均较小,稳定性分析是其设计中的一个关键问题。本文在体育馆缩尺模型试验基础上,对其钢屋盖结构进行了几何非线性和双非线性稳定分析,分别采用实测缺陷法、一致缺陷模态法、改进随机缺陷法考虑结点位置偏差缺陷的影响。结果表明:实测缺陷法双非线性分析结果是评估体育馆屋盖结构实际安全性的重要依据;一致模态法的临界荷载概率可靠度较低。通过改进随机缺陷法,对该屋盖结构的稳定性能有了比较全面的认识,并定量分析了设计临界荷载和一致模态法分析的临界荷载的可靠性。

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。

缺陷圆柱壳体外压屈曲的仿真分析

基于Ansys workbench有限元仿真软件,对含初始缺陷的圆柱壳体进行了外压屈曲的仿真研究。首先进行了理想圆柱壳体的特征值屈曲分析,得出前30阶线性屈曲失稳模态作初始几何缺陷。然后基于单一模态缺陷法和组合模态缺陷法建立具有初始几何缺陷的模型,利用有限元仿真分析的非线性稳定算法和弧长法进行非线性屈曲分析。最后设计圆柱壳体静压屈曲实验,得出了临界屈曲载荷。将非线性屈曲分析结果与实验结果、承压结构工程分析方法计算结果作对比分析,结果表明:弧长法与非线性稳定算法相比,预测精度更高;承压结构工程分析方法求出的结果非常保守,临界屈曲载荷远低于实验结果;第1阶模态缺陷不是对圆柱壳体承压能力最不利的初始缺陷,最不利初始缺陷的模态阶数一般为低阶;模型的初始缺陷幅值大小对临界屈曲压力有较大的影响,但对最不利初始缺陷的模态阶数没有影响。2种初始缺陷构造方法都是可行的,但低阶多模态组合缺陷模型具有更精准的预测精度,误差约为3.55%。

焊接残余应力及几何缺陷对桁架臂稳定性影响分析

针对履带起重机桁架臂生产制造过程中产生的初始几何缺陷和焊接残余应力,建立了桁架臂多尺度有限元力学模型,采用MPC技术实现梁单元和实体单元之间的连接.利用生死单元技术模拟焊缝金属的填充过程和温度场向应力场的转换.基于缺陷模态法模拟桁架臂的初始几何缺陷,并定义了适合桁架臂结构的缺陷幅值,分析了前六阶缺陷模态对桁架臂承载能力的影响.同时对理想臂架,及仅考虑几何缺陷、仅考虑残余应力和同时考虑几何缺陷和残余应力的臂架进行了非线性稳定性分析.结果表明,几何缺陷和残余应力会对桁架臂稳定性产生不同程度的影响,使承载能力降低.整体失稳缺陷模态对臂架承载力的影响要弱于局部失稳模态的,残余应力对臂架承载力的影响与几何缺陷的影响相当.

初始缺陷对威金斯气柜稳定性的影响

威金斯气柜是缺陷敏感结构,该文利用ANSYS的一致缺陷模态法,讨论了风荷载和雪荷载下,初始缺陷对气柜稳定性的影响,得出初始缺陷的分布和大小均可以影响气柜的稳定性。缺陷的存在可能使气柜失稳时的位移和应力大于完善气柜失稳时的值。

K8-联方单层网壳的静力稳定性分析

基于大型通用有限元分析软件ANSYS/APDL的PDS模块以及自编的前后处理程序,对K8-联方混合型单层球面网壳进行静力稳定性研究,通过对9 300个算例的计算、统计和分析,研究矢跨比、频数比以及初始缺陷等参数对网壳稳定承载能力的影响,并在统计分析的基础上提出适当的初始缺陷值以及具有较高保证率的N阶缺陷模态法。

立杆初弯曲对满堂支撑架稳定承载力的影响

为研究立杆初弯曲对满堂扣件式钢管支撑架稳定承载力的影响,采用随机缺陷模态法引入立杆的初弯曲。以某一扣件式满堂支撑架为例,考察立杆初弯曲方向角和幅值随机变量对满堂扣件式钢管支撑架的影响,进而提出基于拉丁超立方抽样的改进随机缺陷模态法。采用上述方法,分别分析了不同缺陷最大幅值、样本数量和直角扣件抗扭刚度情况下,立杆初弯曲对满堂扣件式钢管支撑架稳定承载力的影响。结果表明:随着缺陷最大幅值的增大,立杆初弯曲将更为显著地降低结构的承载力,立杆的初弯曲对满堂扣件式钢管支撑架稳定承载力的影响不可忽略;采用拉丁超立方法对满堂支撑架进行稳定分析时,样本数量应不少于立杆根数的两倍;直角扣件抗扭刚度越大,立杆初弯曲对满堂扣件式钢管支撑架的影响更为显著。

压力容器设计标准中外压圆筒初始几何偏差规定的讨论

分别由简化傅里叶级数模型与一致缺陷模态模型构造带初始几何偏差的外压圆筒,采用ANSYS有限元进行非线性模拟,当模拟得到的临界压力为理想圆筒临界压力的80%时,得到这两种模型对应的几何偏差e值曲线。将上述曲线以及ASMEⅧ-1(或GB 150)、ASMEⅧ-2所规定的e值、Annaratone所著一书中理论公式求得的e值进行比较分析,结果表明:一致缺陷模态法所得结果偏保守;在L/Do较小时,采用ASMEⅧ-1中规定的e值,其结果可能是冒进的;在Do/t与L/Do相同时,由简化傅里叶级数模型得到的e值,明显高于一致缺陷模态模型得到的e值。WRC公报(443号)提到了试验值(p-Test)大于理论值(p-Theory)的现象,这与初始几何偏差在实际情况下和理论模型所假设的初始几何偏差不同有关;由ASMEⅧ-2规定得出的e值均大于简化傅里叶级数模型得到的e值,说明ASMEⅧ-2对于e值的规定是可行的。

单层网壳结构稳定性分析方法研究

为了准确地分析具有初始几何缺陷的单层网壳结构整体稳定性,运用随机缺陷模态法、一致缺陷模态法和N阶特征缺陷模态法,对4个不同矢跨比的K8型单层网壳进行了近1300例弹塑性荷载-位移全过程分析,探讨不同分析方法的合理性和可行性。研究表明:随机缺陷模态法能较为科学地评估初始几何缺陷对结构稳定性的影响,但计算量较大;对稳定承载力系数样本进行统计特性分析时,空间样本数量n不应小于100;运用随机缺陷模态法确定网壳结构最终的稳定承载力系数时,建议采用"3σ"原则;采用最低阶屈曲模态模拟初始几何缺陷分布,求得的稳定承载力并非最不利,其保证率得不到有效保证;N阶特征缺陷模态法能够通过较少的计算量,得到满足"3σ"原则要求的稳定承载力,并能较为合理、安全地评估网壳结构的稳定性能;在运用N阶特征缺陷模态法时,建议N=20。

某机场航站楼拱壳钢屋架稳定性分析

稳定性分析是网壳结构分析中的重要内容。文中网壳为拱梁与单层网壳形成的组合空间结构,结构形式较为复杂。利用有限元程序对该网壳进行了整体稳定分析。首先对该结构的两种模型进行了特征值屈曲分析,比较了两种模型的结果,预测结构的理论屈曲强度;然后考虑网壳的屈曲模态,考虑一致缺陷模态法并引入不同的结构初始缺陷,对结构进行非线性有限元全过程跟踪分析,初步了解该网壳结构失稳的一般规律。

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。