薄壁异形截面铝合金轴压构件畸变屈曲特性与多重屈曲模态耦合破坏研究

发布时间：2019-04-10 10:54

【摘要】：铝合金材料具有轻质高强、耐腐蚀和易加工等优势,目前在国内外的土木工程领域有较为广泛的应用。铝合金构件可以采用挤压成型的方式进行加工,获得得到任意截面形状的型材。铝合金挤压型材截面形状灵活,加工方便,初始缺陷较小,不仅能够达到各类建筑结构的受力性能要求,也能满足不同建筑的使用要求,广泛应用于桥梁结构和空间结构中。本文针对一种用于阳光房的薄壁异形截面铝合金轴压构件进行研究,该类构件具有较为复杂的截面形状,且板件壁厚较薄,可能发生多种屈曲模态,采用试验和有限元分析的方法对该类构件的破坏机理和设计方法进行了探究。铝合金挤压型材的几何初始缺陷和材料特性对构件的力学特性有较大影响。通过试验的方式,对6根薄壁异形截面铝合金挤压型材的几何初始缺陷进行了测量,进行4个试件的拉伸试验,从而测得了 6063-T5铝合金的本构关系。进行了6组薄壁异形截面铝合金轴压试验,对构件的极限承载力、破坏模态、板件平面外位移和应变发展等进行了研究,获得了该类构件的畸变屈曲承载力,研究了其畸变屈曲特性。建立铝合金轴压构件的有限元模型,利用36个铝合金轴压试验结果对该模型进行验证。采用验证过的有限元模型,研究了板件厚度对本文所研究构件的畸变屈曲特性和极限承载力的影响。在现有针对槽钢构件畸变屈曲应力计算理论的基础上,依据数值模拟的结果,提出适用于本文所研究的铝合金构件的弹性畸变屈曲应力的修正计算公式,并采用数值模拟的方式对修正公式进行验证。该类复杂异形截面铝合金轴压构件可能发生局部屈曲、畸变屈曲、整体屈曲以及多种屈曲模态的耦合破坏,破坏模态多样化,破坏机理较为复杂。本文采用有限元模拟的方法,对该类构件的6种屈曲耦合破坏模态进行研究,分析了影响构件破坏模态的因素,探究了各类屈曲耦合破坏模态对构件极限承载力、应力发展和板件平面外变形等的影响。薄壁铝合金构件对于初始缺陷较为敏感,而实际构件的几何初始缺陷具有一定随机性,因此本文采用有限元分析的方法,研究不同类型的几何初始缺陷对薄壁异形截面铝合金轴压构件破坏模态和承载力的影响。各国现行铝合金结构设计规范大多采用有效截面法来考虑局部屈曲对构件的不利影响,但规范没有考虑畸变屈曲对构件的影响,也没有考虑多种屈曲模态之间的耦合。各国现行规范已广泛用于设计规则截面铝合金构件,例如H型截面和方管截面,对复杂截面铝合金构件的适用性有待研究。本文利用有限元方法对一系列构件的极限承载力进行计算,并将有限元分析结果与依据各国铝合金结构设计规范得到的计算结果进行对比,探究了各国现行设计规范对本文所研究的异形截面铝合金轴压构件的适用性。
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本文编号：2455741