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局部双层球面网壳的非线性稳定分析

刘旭凡  
【摘要】:近十年来网壳结构在国内外都得到了广泛应用,且结构形式逐渐多样化,跨度也越来越大,于是其稳定性问题日益凸显出来,成为迫切需要解决的热点课题。 网壳结构由于具有造型美观、空间受力合理等优点而成为大跨空间结构中较常采用的一种结构形式。双层网壳跨越能力强,结构主要受强度控制设计。但杆件结点多,视觉效果差;单层网壳型式简洁明快,杆件结点少,但跨越能力差,结构主要受稳定控制设计。在大跨度结构中,将单双层网壳形式结合起来,成为局部双层网壳,可以同时发挥它们的优势,使结构跨越能力增大,失稳机率降低,而且结构型式丰富美观。但是到目前为止与局部双层网壳的稳定性分析相关方面的研究工作不是很多,而且此类结构稳定特点差异较大,因而研究局部双层网壳的稳定性非常有实际意义。 本文以基于离散化假定的几何非线性有限元理论,对局部双层网壳的几何非线性进行了深入的研究。局部双层网壳稳定性分析与单层网壳稳定性分析存在许多相似之处,平衡路径跟踪技术、数学力学模型基本一致。局部双层网壳杆件、结点数量大,构造复杂,结点分刚接(焊接球、相贯直接焊接)和铰接,因此,包括梁单元、杆单元以及组合单元(一端刚接一端铰接),网壳的屈曲特征复杂。本文利用有限元分析软件ansys,采用弧长法与Newton-Raphson方法结合实现了结构非线性稳定全过程分析,确定结构的屈曲荷载,对结构可能发生的失稳模态进行了分析,指出了影响结构失稳的因素,对工程实践提出了一些参考性意见。 本文只对局部双层球面网壳结构的几何非线性稳定作了浅显的探讨,对影响结构失稳的其它因素还须进一步研究。


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