基于假想力特征的薄壁構(gòu)件屈曲模態(tài)分析及應(yīng)用.pdf

1、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，屈曲現(xiàn)象是直接影響構(gòu)件承載力極為重要的因素。構(gòu)件的屈曲模式一般分為三類(lèi)：整體屈曲、畸變屈曲和局部屈曲，然而在通常的構(gòu)件屈曲中，存在著以上三種屈曲中兩兩之間甚至三者同時(shí)出現(xiàn)的耦合作用，故以上三類(lèi)屈曲模式也可視為任意構(gòu)件屈曲現(xiàn)象的組成成分。目前的薄壁桿件屈曲分析方法對(duì)于屈曲模式的區(qū)分都基于屈曲變形模態(tài)本身，在適用性、準(zhǔn)確性方面存在諸多不足，本研究從屈曲模態(tài)假想力的角度出發(fā)，推導(dǎo)三種屈曲變形特點(diǎn)的表達(dá)式。在有限元

2、環(huán)境中，根據(jù)變形特點(diǎn)表達(dá)式，對(duì)有限元計(jì)算模態(tài)結(jié)果進(jìn)行分解，得到任意模態(tài)中各子變形模式的參與系數(shù)，即實(shí)現(xiàn)模態(tài)的識(shí)別。解決有限元軟件中線性屈曲分析結(jié)論往往是幾種模態(tài)耦合，不利于進(jìn)一步分析和實(shí)際利用的問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，本文展開(kāi)了以下研究：
　?、傺芯苛爽F(xiàn)有的冷彎薄壁桿件屈曲分析方法：廣義梁理論和約束有限條法的原理和求解過(guò)程，分別對(duì)它們的思路進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)其中存在的問(wèn)題進(jìn)行歸納和探討，以便在后文提出方法時(shí)進(jìn)行對(duì)比。
　　②提出了一

3、種薄壁桿件整體、畸變和局部變形模式的定義，基于此，實(shí)現(xiàn)對(duì)薄壁構(gòu)件屈曲模態(tài)的識(shí)別。在以上定義中，突破現(xiàn)有方法僅依據(jù)變形的方式，還引入了基于力性質(zhì)的定義準(zhǔn)則，因而能夠考慮剪應(yīng)變、橫向薄膜應(yīng)變及非線性的縱向薄膜應(yīng)變的影響。本文方法中的三種基本變形模式涵蓋了薄壁構(gòu)件的全部變形，且關(guān)于彈性剛度正交，因而根據(jù)應(yīng)變能計(jì)算基本變形的模態(tài)參與系數(shù)。
　　③本文以軸壓構(gòu)件為例，先利用通用有限元軟件對(duì)構(gòu)件進(jìn)行屈曲分析，然后通過(guò)本文方法對(duì)屈曲模態(tài)進(jìn)行了基

4、本變形模式的識(shí)別，并據(jù)此繪制整體、畸變和局部臨界力曲線，展示了本文方法的實(shí)現(xiàn)途徑。
　　④討論了本文方法的適用性，通過(guò)分析不同端部約束條件的桿件和開(kāi)口薄壁桿件，展示了本文方法廣泛的適用性和分析能力。
　　本文創(chuàng)新點(diǎn)：
　?、賹?duì)于薄壁桿件屈曲分析中的子模態(tài)定義，提出了基于力特征的新定義。
　?、趯?duì)于桿件的模態(tài)識(shí)別和模態(tài)參與系數(shù)的計(jì)算，采用了以應(yīng)變能為依據(jù)的計(jì)算方法，而不是傳統(tǒng)方法中的僅以變形為依據(jù)。
　?、郾?/p>