搜索基于ANSYS某單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性分析
2017-09-06 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
所謂網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),其實(shí)是指由一種桿件組成的曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu),也可以看成是曲面的網(wǎng)架結(jié)構(gòu),兼有桿系結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)的固有特性。因而其具有結(jié)構(gòu)形式多樣,跨度大,質(zhì)量輕,現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便等特點(diǎn),近年來(lái)被廣泛用于建筑工程中。以下工程皆為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。
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雖然網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)有如此多的優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也應(yīng)該注意到國(guó)內(nèi)外常有網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)倒塌事故的發(fā)生,而其中結(jié)構(gòu)的整體性失穩(wěn)已成為一種關(guān)鍵性因素。
本文以某單層球面網(wǎng)殼為例,采用ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性分析,該網(wǎng)殼大概情況如下:跨度40米,矢高8米,勁肋為6,環(huán)桿的圈數(shù)為5,主要截面為外部直徑為152mm,壁厚為5mm的鋼管。
本次分析主要包括以下內(nèi)容:
1、等效節(jié)點(diǎn)荷載的轉(zhuǎn)換
2、施加等效節(jié)點(diǎn)荷載,網(wǎng)殼的靜力分析
3、網(wǎng)殼屈曲分析
4、考慮幾何非線性(幾何缺陷)的穩(wěn)定性分析
5、改變矢跨比后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析
6、考慮材料非線性和幾何非線性后結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析。
結(jié)構(gòu)建模思路主要為通過(guò)有規(guī)律的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),建立節(jié)點(diǎn),通過(guò)節(jié)點(diǎn)建立我們所需單元,單元這里采用beam189以及mass21(考慮節(jié)點(diǎn)安裝質(zhì)量)。結(jié)構(gòu)整體模型如下所示:
第一步:等效節(jié)點(diǎn)荷載的轉(zhuǎn)換
關(guān)于這一部分,其實(shí)要用到輔助單元表面效應(yīng)單元surf154,具體方法在我很久的一篇文章中也有所介紹,方法就是通過(guò)表面效應(yīng)單元Surf154來(lái)施加投影荷載均布荷載,通過(guò)約束所有節(jié)點(diǎn)自由度,計(jì)算結(jié)構(gòu)在均布荷載作用下的支座反力,計(jì)算后在反向施加于結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)等效節(jié)點(diǎn)荷載的計(jì)算。
第二步:施加等效節(jié)點(diǎn)荷載,進(jìn)行靜力分析,注意這里需要打開(kāi)預(yù)應(yīng)力效應(yīng)。結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形圖如下,結(jié)構(gòu)最大位移為7.85mm。
第二步:結(jié)構(gòu)屈曲分析
前面六階屈曲模態(tài)如下:
第四步:考慮幾何非線性(幾何缺陷)的穩(wěn)定性分析
從上述分析可知,結(jié)構(gòu)一階屈曲系數(shù)為11.378,結(jié)構(gòu)最大位移0.993m,取一階模態(tài)的0.1倍,及最大位移值此時(shí)為0.0993m小于0.133m(跨度40m的1/300)作為結(jié)構(gòu)初始缺陷。
在此荷載系數(shù)基礎(chǔ)上放大1.3倍,約為15,將等效節(jié)點(diǎn)荷載放大15倍施加在結(jié)構(gòu)上,即為施加1.3倍的屈曲荷載,得到荷載位移曲線。屈曲荷載系數(shù)為5.80,大于規(guī)程中K=4.2的要求。
改變初始缺陷值的大小將上節(jié)穩(wěn)定分析中的初始缺陷分別改為一階模態(tài)位移值的0.11倍、0.12倍、0.13倍、0.14倍0.15倍,分別為為0.109m、
0.119m、0.129m、0.139m、和0.149m觀察分析結(jié)果。
可見(jiàn),當(dāng)初始缺陷最大值小于0.133m時(shí)(跨度1/300),荷載系數(shù)隨著初始缺陷增大而減小,當(dāng)接近0.133m時(shí),荷載系數(shù)減小趨勢(shì)不再明顯。
第五步、改變矢跨比后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析
原結(jié)構(gòu)矢跨比為1/5,現(xiàn)將其跨度改為32m,矢跨比為1/4,按照上述思路進(jìn)行同樣的分析,對(duì)比圖如下:
跨度為32m,矢跨比為1/4
跨度為40m,矢跨比為1/5
第六、考慮材料非線性和幾何非線性后結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析。
使用原始模型,失跨比為1/5,最大初始缺陷為0.0993m(0.1倍),不考慮材料非線性時(shí)屈曲荷載系數(shù)為5.80,同時(shí)考慮材料非線性,荷載系數(shù)為5.70,結(jié)果如下圖。《規(guī)程》要求當(dāng)按彈性全過(guò)程分析時(shí),安全系數(shù)K可取為2.0,此模型同樣符合要求。材料特性采用理想彈塑性。
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