基于显式有限元的多层气枕式薄膜结构受力及破坏分析
本文关键词:基于显式有限元的多层气枕式薄膜结构受力及破坏分析 出处:《北京交通大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
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【摘要】:充气式薄膜结构是本世纪逐渐发展起来的新型结构形式,具有重量轻、强度高和外形新颖等特点,在世界各地得到广泛使用。近年来,国内外学者对这类结构的受力分析研究取得了一定的进展,然而已有的研究对实际工程中常用的多层充气薄膜结构的力学性能及破坏状态很少涉及。本文以ETFE材料的气枕式薄膜结构为例,采用显式有限元数值计算方法,对双层和三层气枕式薄膜结构的形态、受力与破坏问题进行系统研究,分析了不同状态下气枕式薄膜结构静力和动力学性能;并以工程中常用的三层气枕式薄膜结构为对象,进行其不同条件下的破坏模拟,并给出实际工程应用的建议,为今后的工程设计提供参考。具体内容包括:(1)首先,简述了动力学问题求解的显式算法与隐式算法的适用范围与区别,确定采用显式有限元算法分析薄膜结构力学性能及破坏,作为后续研究的理论基础。(2)然后,基于显式有限元理论,采用通用有限元软件ANSYS Workbench,通过对ETFE膜面施加均布压力的方法获得其初态,作为静力与动力分析的几何模型;提出形态分析理论,用以确定充气薄膜结构的数值分析模型;对不同层数、不同平面外形的充气薄膜结构进行找形分析获取对应形态,验证形态分析理论的准确性和适用性。(3)同时,基于形态分析理论,在不同工作内压与荷载条件下对比分析双层和三层ETFE气枕式薄膜结构的应力和变形的特性;并研究三层气枕式薄膜结构上下腔气量差对结构力学性能的影响,为工程设计提供重要依据。(4)最后,基于三层ETFE气枕式薄膜结构影响因素的参数化分析结果,考虑这类结构不同破坏形式,对其内压、应力和变形的变化规律进行了初步的探讨,为该类结构破坏后形态的维护提供建议。
[Abstract]:Aerated membrane structure is a new type of structure developed in this century. It has the characteristics of light weight, high strength and novel shape. It has been widely used in the world in recent years. Scholars at home and abroad have made some progress in the research of force analysis of this kind of structure. However, there are few studies on the mechanical properties and failure state of the multilayer aerated membrane structure, which is commonly used in practical engineering. In this paper, the air-pillow membrane structure of ETFE material is taken as an example. By using explicit finite element method, the shape, force and failure of double-layer and three-layer air-pillow membrane structures are studied systematically, and the static and dynamic properties of air-pillow membrane structures under different states are analyzed. Taking the three-layer air-pillow membrane structure commonly used in engineering as the object, the failure simulation under different conditions is carried out, and the practical engineering application suggestions are given. This paper provides reference for future engineering design. The concrete contents include: 1) first, the application scope and difference between explicit algorithm and implicit algorithm for solving dynamic problems are briefly introduced. The explicit finite element method is used to analyze the mechanical properties and failure of thin film structure, which is the theoretical basis of further research. Then, based on explicit finite element theory. The initial state of ETFE membrane surface is obtained by applying uniform pressure on the ETFE membrane by using the universal finite element software ANSYS Workbench, which is used as the geometric model of static and dynamic analysis. The theory of morphology analysis is presented to determine the numerical analysis model of the structure of aerated film. For different layers, different plane shape of inflatable film structure to obtain the shape of the corresponding form, to verify the accuracy and applicability of morphology analysis theory, at the same time, based on morphology analysis theory. The stress and deformation characteristics of double-layer and three-layer ETFE cushion membrane structures are analyzed under different internal pressure and load conditions. The influence of the difference of the upper and lower cavity gas on the mechanical properties of the three-layer air-pillow membrane structure is studied, which provides an important basis for the engineering design. Based on the parameterized analysis results of the influence factors of the three-layer ETFE cushion membrane structure, considering the different failure modes of this kind of structure, the variation law of internal pressure, stress and deformation is preliminarily discussed. Suggestions are provided for the maintenance of the damaged structure.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU38
【参考文献】
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,本文编号:1385844
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