网壳结构稳定性分析的改进随机缺陷法智能控制

以作者前期研究的网壳结构缺陷稳定分析的改进随机缺陷法为基础,将异常值检验、临界荷载分布规律检验、设计临界荷载的取值等与随机缺陷稳定计算程序相结合,并增加智能控制模块,实时监察临界荷载分布规律及其统计参数的变化。当计算样本容量已能够恒定反映临界荷载的分布规律时即可停止整个缺陷稳定分析过程,从而使随机缺陷稳定性分析的计算工作量尽量小。计算结果表明,程序智能控制的样本数能够恒定反映临界荷载的分布规律。改进随机缺陷法智能控制程序的开发不但节约了网壳结构随机缺陷稳定分析的样本数和计算时间,而且为计算样本数的选取提供了依据,从而可针对不同分析对象确定需要的最小样本数。

金属加筋板压缩稳定性分析的随机缺陷法

为使金属加筋板稳定性分析更加真实可靠,在分析中引入随机的初始几何缺陷,采用一致缺陷法通过ANSYS对金属加筋板进行压缩稳定性有限元分析,总结一致缺陷法的优缺点,进而提出一种考虑加筋板初始几何缺陷的随机缺陷法并进行试验.结果表明:一致缺陷法对非线性变形分析有一定的引导作用,使非线性变形朝着特征值屈曲模态的方向发展;随机缺陷法将结构的初始缺陷看作是随机的,缺陷大小和分布无法预测,更能反映加筋板真实的工作性能.编写加筋板自动建模程序和随机缺陷自动分析程序,从而大大提高分析效率,使随机缺陷法用于设计成为可能.

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.

具有随机几何缺陷的大跨度单层球面网壳稳定性分析

网壳结构的稳定性是单层网壳结构设计中的关键问题。采用改进随机缺陷法对一大跨度K8型单层球面网壳进行随机缺陷稳定性分析,并研究非线性(几何非线性、材料非线性)、缺陷最大值等因素对单层网壳承载能力和临界荷载分布规律及其统计参数的影响。结果表明,单层球面网壳的临界荷载对曲面形状的安装偏差非常敏感,初始几何缺陷的影响非常大。缺陷最大值的增大将会使样本的最大值、最小值、均值及设计临界荷载显著下降,缺陷最大值对样本均方差的影响较复杂。材料非线性对大跨度单层球面网壳极限承载力的影响比较显著和复杂,对同一样本的影响有规律可循,但在不同样本之间没有必然的联系,在单层网壳结构设计中进行弹塑性稳定性分析是非常必要的。

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.

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。

单层网壳结构缺陷敏感区域研究(英文)

提出了结构缺陷敏感区域的概念。借助结构缺陷稳定分析的改进随机缺陷法,研究了单层网壳结构的缺陷敏感区域。通过50m跨度的K6型凯威特网壳算例,得出它的缺陷敏感区域由前12类结点组成。并发现支座结点缺陷对K6型凯威特单层网壳结构影响不大;而主肋上结点与次肋上结点的缺陷对K6型网壳的影响相似,均会使其临界荷载下降很多。结果证明该方法可定量和准确地分析结构的缺陷敏感区域。

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.

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.

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。

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。

单层网壳结构稳定分析中初始几何缺陷最大值的研究

初始几何缺陷的分布模式与大小对单层网壳的稳定性有较大影响。采用随机缺陷模态法,对K8型单层网壳进行了1 200例模型结构的弹塑性荷载-位移全过程分析。综合考虑结构的受力状态、初始几何缺陷对结构稳定的影响程度以及实际施工情况等因素,提出了初始几何缺陷最大值的合理取值。研究表明:随着初始几何缺陷最大值的不断增加,单层网壳结构受力状态由以薄膜内力为主逐渐向以弯曲内力为主转变,当初始几何缺陷最大值增大至跨度的1/300时,结构的受力状态不再以薄膜内力为主;若以轴向应力为主杆件的弯轴应力比统计均值不大于0.25,且其所占有效杆件的百分比统计均值不少于70%时,可认为结构的受力状态是以薄膜内力为主;当缺陷影响系数取0.5时,初始几何缺陷对结构稳定性能的影响显著;初始几何缺陷最大值取跨度的1/500较为合理。

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。

大矢跨比异形单层球壳结构的缺陷稳定性分析

清远科技馆大矢跨比异形单层球壳,采用肋环型网格形式,跨度24.6m,矢高19.05m,具有矢跨比大、网格布置稀疏、洞口较大、周边外侧与环形框架相连等特点。以该结构为对象,分别采用一致缺陷模态法和随机缺陷模态法,探讨不同初始几何缺陷引入方式对结构稳定承载力的影响。在此基础上,以弯轴应力比为指标,考察结构的受力状态。结果表明:结构对初始几何缺陷不敏感;初始几何缺陷按最低阶屈曲模态分布时,求得的稳定承载力系数并非最小,但其保证率满足“3σ”原则的要求;与常规单层网壳结构不同,该结构的受力状态以弯曲内力为主。