铝合金蜂窝板—杆单层组合网壳的稳定性研究

发布时间：2017-11-15 07:03

本文关键词：铝合金蜂窝板—杆单层组合网壳的稳定性研究

【摘要】：由于铝合金结构具有自重轻、耐腐蚀和易加工等优点,在结构工程中备受关注,其应用也日益增多。蜂窝板是一种复合夹层结构,其优势在于具有较高的比刚度、比强度和较好的隔振、隔热、耐冲击等性能。本文首次针对由轻质高强的铝合金蜂窝板参与协同工作的新型铝合金单层组合网壳的稳定性进行研究。通过本文大量的算例分析,结果表明该类新型组合网壳的受力行为、失稳模态、破坏机理和极限承载力,均与无板单层铝合金网壳有很大区别。主要研究内容和结论如下：(1)对铝合金蜂窝板与杆件之间的连接件实体模型和等效模型进行有限元模拟分析,发现两者结果相差很小,可近似采用等效板代替蜂窝板对连接件进行简化分析。不同厚度蜂窝板连接模型的荷载-位移曲线及破坏模式基本一致,表明蜂窝板厚度对连接性能的影响很小。可将等效蜂窝板厚度折减14%,以此考虑蜂窝板与铝合金杆件之间连接的不完全协调。(2)对新型铝合金组合网壳的静力分析结果表明,与同跨度的无板单层铝合金网壳相比,杆件的最大应力减小了65%,最大竖向位移下降了85.4%。经济分析结果表明,组合网壳仅铝合金杆件部分节省材料70%,总造价节省16%,经济性能优越。(3)通过对组合网壳进行特征值屈曲分析,结果表明当网格尺寸较大时,组合网壳的屈曲系数反而小于无板单层网壳。但随着网格尺寸的减小,组合网壳的屈曲系数显著大于无板单层网壳,几乎是后者的数倍。对组合网壳的参数化分析结果表明,组合网壳在L/150的极端初始几何缺陷下的稳定承载力系数,仅比完善结构降低19.6%。建议可将初始几何缺陷的控制指标由现行规范的L/300放宽至L/200。与无板单层钢网壳不同的是,组合网壳和无板单层铝合金网壳的极限承载力均随矢跨比的增大而增大。(4)调整支座附近杆件的截面尺寸和蜂窝板厚度,对组合网壳进行特征值屈曲分析,发现当杆件截面不变时,增大蜂窝板厚度对提高组合网壳的特征值十分显著,增幅达3-6倍,表明支座附近蜂窝板的刚度对组合网壳的稳定性影响很大。(5)随着网格密度和加载方式的改变,新型铝合金组合网壳的失稳破坏模式,也逐渐由部分蜂窝板的局部失稳转为结构的整体失稳。分别对无板单层网壳和组合网壳进行几何非线性缺陷稳定分析,发现组合网壳的极限承载力为无板单层网壳的3.52倍,而极限位移仅为无板单层网壳的38.5%,且比特征值屈曲分析的结果下降了73.8%,表明几何非线性对组合网壳的整体稳定性影响很大。对组合网壳进行双重非线性缺陷稳定分析,发现其极限承载力系数仅比几何非线性分析结果下降11.2%,表明铝合金的材料非线性对新型组合网壳的整体稳定性影响很小可以不予考虑。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU399

【参考文献】

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