CFRP索穹顶的形态分析

发布时间：2023-06-10 10:41

　　20世纪80年代,美国工程师Geiger提出了一种新型、实用的大跨度空间铰接体系,即索穹顶结构。索穹顶具有受力合理、自重较轻、成本较低、外形美观等特点。近几十年来,索穹顶的发展得到了长足的进步,并且该结构体系具有广阔的发展前景。碳纤维复合材料(CFRP)是一种先进的复合材料,具有轻质、高强、耐疲劳、耐腐蚀等特点。所以除了在军事、航空、航天等领域备受青睐,近年来也逐渐应用于各种工程结构中。但目前,将碳纤维复合材料用于索穹顶结构的只有本课题组完成的自然科学基金项目将碳纤维复合材料应用于索穹顶结构。本文结合课题组所做的Geiger型CFRP索穹顶静力试验,对CFRP索穹顶初始预应力的确定与静力性能进行了分析。本文主要做了以下几个方面的研究。由于索穹顶模型的制作、安装和施加预应力等环节中存在着较多的误差,试验模型与分析计算所采用的理想索穹顶模型的尺寸、节点坐标和初始预应力等存在一些区别。本文在试验的基础上建立了 Geiger型CFRP索穹顶的缺陷模型。该模型与理想模型相比更加贴近试验时真实的索穹顶结构。用ANSYS迭代计算出了 CFRP缺陷模型的初始预应力,并将结果与试验模型测得的数据和理想模...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1. 绪论
    1.1. 索穹顶结构概述
        1.1.1. 索穹顶的起源和发展
        1.1.2. 索穹顶结构的组成和分类
        1.1.3. 索穹顶结构体系的特点和工作机理
        1.1.4. 索穹顶结构的工程实例
    1.2. 索穹顶结构的研究现状
        1.2.1. 施工成形分析
        1.2.2. 结构形态分析
        1.2.3. 静力性能分析
    1.3. 碳纤维增强复合材料
        1.3.1. FRP索材料简介
        1.3.2. CFRP索(筋)的优点:
        1.3.3. CFRP结构国内外应用和研究现状
    1.4. 本文主要研究内容
2. Geiger型CFRP索穹顶模型及计算理论介绍
    2.1. 平衡矩阵理论
        2.1.1. 平衡矩阵的概念
        2.1.2. 平衡矩阵的建立
        2.1.3. 矩阵的奇异值分解
        2.1.4. 结构体系的分类
    2.2. Geiger型CFRP索穹顶模型
        2.2.1. 理想模型
        2.2.2. 试验模型
        2.2.3. 缺陷模型
3. 索穹顶的找形
    3.1. ANSYS软件中单元的选用
    3.2. 理想模型的初始预应力
    3.3. 缺陷模型的初始预应力
    3.4. 理想模型和缺陷模型找力对比
    3.5. 初始预应力的试验值与模型值比较
4. 初始预应力对索穹顶性能的影响
    4.1. 试验加载工况
    4.2. 初始预应力对索杆内力的影响
        4.2.1. 脊索初始预应力对索杆内力的影响
        4.2.2. 斜索初始预应力对索杆内力的影响
        4.2.3. 环索初始预应力对索杆内力的影响
        4.2.4. 压杆初始预应力对索杆内力的影响
    4.3. 初始预应力对节点位移的影响
        4.3.1. 脊索初始预应力对节点位移的影响
        4.3.2. 斜索初始预应力对节点位移的影响
        4.3.3. 环索初始预应力对节点位移的影响
        4.3.4. 压杆初始预应力对节点位移的影响
5. 索穹顶静力性能分析
    5.1. 加载工况
    5.2. 满布荷载
        5.2.1. 索杆内力分析
        5.2.2. 节点位移分析
    5.3. 半布荷载
        5.3.1. 索杆内力分析
        5.3.2. 节点位移分析
    5.4. 1/4布荷载
        5.4.1. 索杆内力分析
        5.4.2. 节点位移分析
    5.5. 不同初始预应力下索杆内力随荷载的变化
        5.5.1. 预应力水平为0.5
        5.5.2. 预应力水平为0.7
        5.5.3. 预应力水平为0.9、1.2、1.5
6. 索穹顶结构失效分析
    6.1. Geiger型CFRP索穹顶理想模型
    6.2. Geiger型CFRP索穹顶缺陷模型
7. 结论与展望
致谢
参考文献



本文编号：3832730