大跨立体拱桁架的累积损伤试验与模拟分析

发布时间：2017-12-23 21:27

  本文关键词：大跨立体拱桁架的累积损伤试验与模拟分析　出处：《太原理工大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：随着社会发展，大跨度空间网格结构在公共建筑中得到广泛应用，而大量震害表明，这类结构在灾难性地震作用下可能会发生低周疲劳累积损伤破坏，形成对大量生命与财产的潜在威胁，因此，对空间网格结构累积损伤的研究成为当前的热点课题。本文以钢管拱桁架结构模型为研究对象，，从模型试验、理论分析和数值模拟方面对累积损伤破坏过程进行了系统研究。首先对拱桁架模型进行了竖向循环荷载作用下的低周疲劳试验，并根据试验结果提出了基于能量耗散的损伤评估模型；然后根据能量损伤原理改进了应变和比能的材料损伤模型，利用ABAQUS软件开发了耦合损伤混合硬化材料子程序；最后对拱桁架模型进行了累积损伤的数值模拟。主要的工作及研究成果如下： 1、在国内首次进行了跨度6m、矢跨比分别为0.2、0.3、0.4的钢管拱桁架结构低周疲劳试验。通过试验得到了结构的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、延性性能和刚度退化等抗震性能。结果表明：结构的塑性应变和损伤主要集中在节点处，并首先在节点处发生破坏，可见节点的损伤在拱桁架结构整体中具有主导地位；出现裂缝的节点会在5—6个循环内发生断裂，同时结构的强度、刚度、耗能能力会大幅度下降。 2、根据损伤力学基本理论，提出了一种基于能量耗散的损伤评估模型。运用该评估模型和公认的3种损伤评估模型对拱桁架结构累积损伤发展过程进行了对比分析。结果表明：本文的损伤模型不仅能反应结构损伤的变化规律，而且更能体现结构在裂缝出现、扩展和断裂时损伤的影响。 3、为了便于应变和比能的材料损伤模型在实际中的应用，根据能量损伤原理，通过引入三轴函数对该模型进行了改进，利用ABAQUS软件将改进的材料损伤模型编入用户子程序（UMAT），开发了应用于实体单元的耦合损伤混合硬化材料子程序。 4、以矢跨比0.2拱桁架模型为例，首次利用实体单元建立了相贯节点的整体结构有限元模型。数值模拟结果与试验结果比较得出：塑性应变较小时，材料损伤对结构影响较小；随着塑性应变的深入发展，材料累积损伤效应产生的影响逐渐增大，计算中若不考虑这一影响因素就会导致高估结构承载能力，使结构存在一定的安全隐患；模拟产生的裂纹和结构破坏形态，与试验结果一致。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O346.5

【参考文献】

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1 唐雪松,蒋持平,郑健龙;弹性损伤材料的应力-应变关系与损伤演化方程[J];长沙交通学院学报;1999年04期

2 吴波,李惠,李玉华;结构损伤分析的力学方法[J];地震工程与工程振动;1997年01期

3 张扬;武振宇;;考虑损伤发展的钢材混合强化本构模型[J];东南大学学报(自然科学版);2011年02期

4 张忠;韩庆华;;悬挑立体桁架的平面外稳定分析[J];低温建筑技术;2012年02期

5 沈为,彭立华,樊建平,方明,沈真,唐啸东;弹脆性损伤理论与破坏过程的计算机模拟[J];复合材料学报;1991年02期

6 王云;郝际平;;弹性损伤理论的几何-拓扑描述[J];工程力学;2008年05期

7 白凤龙;李宏男;;地震动空间变化效应对大跨度桁架拱反应的影响[J];工程力学;2011年10期

8 支旭东;聂桂波;范峰;;大连市体育馆圆钢管相贯节点足尺实验研究[J];工程力学;2012年03期

9 陈铸曾 ,郝松林;损伤变量和有效应力[J];国防科技大学学报;1984年01期

10 杨光松,周鸣鸿;玻璃纤维增强复合材料的损伤分析[J];国防科技大学学报;1988年03期

本文编号：1325543