索桿梁鋼結(jié)構(gòu)施工動(dòng)力學(xué)的理論與仿真研究.pdf

1、對(duì)于大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)需要研究施工時(shí)結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力變化。因?yàn)橄到y(tǒng)中存在剛體位移，傳統(tǒng)的有限元方法不能有效的解決這類特殊的結(jié)構(gòu)計(jì)算問(wèn)題。本文基于柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)索桿梁鋼結(jié)構(gòu)施工動(dòng)力學(xué)的理論進(jìn)行了研究并研制了相應(yīng)的仿真軟件系統(tǒng)。 大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中同時(shí)存在剛體位移和彈性變形，傳統(tǒng)的有限單元法只能應(yīng)用于幾何穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不能用于解決這類特殊的問(wèn)題。本文采用柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基本理論來(lái)解決這類系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。用慣性坐標(biāo)系作為整

2、體坐標(biāo)系描述多體系統(tǒng)的剛體位移，在每個(gè)柔性體上附著一個(gè)局部坐標(biāo)系。局部坐標(biāo)系隨著柔性體的剛體位移(包括平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng))變化，柔性體相對(duì)于局部坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)定義為柔性體的彈性變形。本文采用的這種混合坐標(biāo)的描述方法同時(shí)考慮了柔性體運(yùn)動(dòng)的剛體運(yùn)動(dòng)部分和彈性變形部分以及它們的耦合作用。本文的方法不受剛體運(yùn)用的有無(wú)和剛體運(yùn)動(dòng)幅度大小的影響，算例表明這種方法具有較高的精度，同時(shí)驗(yàn)證了剛體運(yùn)動(dòng)和彈性變形之間的耦合作用是不能忽略的。 根據(jù)本文的基本方

3、法，開(kāi)發(fā)了兩種柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算的單元，索桿單元和梁?jiǎn)卧?。它們的空間方位分別用方向余弦和歐拉四元數(shù)表示；對(duì)每種單元選擇適當(dāng)?shù)男魏瘮?shù)描述單元的基本彈性模態(tài)。開(kāi)發(fā)了不同單元之間的節(jié)點(diǎn)連接形式供建模時(shí)選擇。對(duì)梁?jiǎn)卧g的剛性連接，相應(yīng)的約束方程實(shí)際描述了兩個(gè)梁?jiǎn)卧獙?duì)應(yīng)的端點(diǎn)坐標(biāo)系之間的關(guān)系。本文采用聯(lián)立梁?jiǎn)卧轿粩?shù)學(xué)約束方程確定獨(dú)立代數(shù)方程的方法，建立梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偨拥募s束方程。 柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的控制方程是一類微分—代數(shù)混合方程，本