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碟形弹簧耗能元件恢复力模型的有限元分析

南晓辉  
【摘要】:碟形弹簧是一种新型的耗能元件,具有刚度大和非线性刚度等特点,能够以小变形承受大载荷,适用于轴向空间要求较小的场合。作为耗能元件,其承载能力强,滞回性能稳定,蓄能、耗能、减震效果很好,近年来在国内外都进行了研究。目前对碟形弹簧研究比较广泛,但对碟形弹簧的恢复力模型的理论研究尚不充分,因此开展对碟形弹簧耗能性能的研究,对于了解碟形弹簧力学性能,确定其恢复力模型,具有重要的意义和工程应用价值。 本文基于工程中耗能元件的使用,将国家标准GB/T 1972-2005《碟形弹簧》中规定的碟形弹簧材质和模型进行改进,采用ANSYS 11.0有限元软件对模型改进前后的力学性能进行了非线性有限元分析,得到了其滞回曲线和骨架曲线,通过对比发现改进后的碟形弹簧滞回曲线饱满,耗能能力高,且延性较好。在此基础上,对影响碟形弹簧耗能元件滞回性能的参数进行讨论分析,并给出了碟形弹簧耗能元件的恢复力模型。根据截面平衡条件分别推导出受压受拉时元件屈服荷载及屈服位移,根据碟形弹簧在轴向反复荷载作用下的有限元分析结果,分析和回归出碟形弹簧耗能元件的极限荷载和屈服荷载的比值与各使用参数之间的关系,并根据有限元分析结果确定出恢复力模型的滞回规则,在此基础上总结恢复力模型的计算方法步骤,理论计算结果与有限元分析的结果进行对比,二者基本吻合。 通过本文的分析,得到了碟形弹簧恢复力模型骨架曲线的实用计算方法,为碟形弹簧耗能支撑结构的抗震研究提供参考依据。


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