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【博士】薄壁結(jié)構(gòu)在多重周期激勵下的動力穩(wěn)定性分析
內(nèi)容簡介
【博士】薄壁結(jié)構(gòu)在多重周期激勵下的動力穩(wěn)定性分析 授予學位:博士 學位授予單位:同濟大學 學位年度:2008 鋼結(jié)構(gòu)的核心是穩(wěn)定性問題。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,人們通常只關(guān)注其靜力穩(wěn)定,對于動力穩(wěn)定性,經(jīng)常是以靜力荷載乘以動力系數(shù)的形式進行經(jīng)驗性的放大,并沒有反映結(jié)構(gòu)在動載作用下的真實響應(yīng)。本文采用有限單元法分析了空間薄壁結(jié)構(gòu)在周期激勵下的動力穩(wěn)定性,并確定出動力不穩(wěn)定區(qū)域?! ? 首先,從單自由度體系的振動方程分析,確定其在多重周期激勵下動力不穩(wěn)定區(qū)域。根據(jù)達朗貝爾原理,列出兩端簡支桿件在多重周期激勵下振動微分方程。通過系數(shù)變換,將其轉(zhuǎn)化為Mathieu方程,而該方程動力不穩(wěn)定區(qū)域與穩(wěn)定區(qū)域被具有周期丁及2T的解分隔開,通過找出該方程具有上述周期解的條件來確定動力不穩(wěn)定區(qū)域。 采用有限單元法分析多自由度結(jié)構(gòu)體系的動力不穩(wěn)定區(qū)域。以單元剛度矩陣、初應(yīng)力矩陣及質(zhì)量矩陣列出結(jié)構(gòu)在周期激勵下的振動方程。確定該方程具有丁及2丁周期解的條件,將邊界條件的解歸結(jié)為求解廣義特征值的問題.采用攝動分析法,簡化動力不穩(wěn)定區(qū)域邊界的求解過程。在分析過程中,將動載參數(shù)看作攝動小量,以靈敏度修正的方法求解廣義特征值,使得求解過程大為簡化?! ? 推導了薄壁構(gòu)件的單元矩陣。引入三次插值函數(shù)模擬橫向位移,線性插值函數(shù)模擬軸向位移,采用勢能駐值原理,推導等截面薄壁構(gòu)件的單元剛度矩陣、初應(yīng)力矩陣和一致質(zhì)量矩陣。對于楔形薄壁構(gòu)件,將其截面特性參數(shù)化,可推導其單元矩陣。上述矩陣考慮翹曲自由度的影響,因此每節(jié)點有7個自由度。同時推導了轉(zhuǎn)軸變換矩陣和移軸變換矩陣,結(jié)構(gòu)單元矩陣可以根據(jù)這兩個矩陣變換到整體坐標系下組裝?! ? 隨后,根據(jù)前文推導的薄壁構(gòu)件單元矩陣,結(jié)合有限單元法,編寫了相應(yīng)的薄壁結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性分析的程序。此程序可以對桿系薄壁結(jié)構(gòu)進行靜力分析、靜力穩(wěn)定分析、自振頻率分析(可考慮P.A效應(yīng))和動力穩(wěn)定分析。分析的單元類型包括等截面構(gòu)件和楔形構(gòu)件。對典型算例進行分析計算,并與有限元計算結(jié)果對比,驗證了本文基本理論和分析程序的正確性?! ? 最后,采用所編寫的程序進行了空間薄壁結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性分析,同時分析了動載、靜載、激振頻率對于動力失穩(wěn)區(qū)域的影響?! ?
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