基于有限元法的抛物线拱结构弹塑性稳定性分析.pdf

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1、第7期机械设计与制造2013年7月MachineryDesign&Manufacture213基于有限元法的抛物线拱结构弹塑性稳定性分析郭俊材，于兰峰，朱小龙，文广，于瀚翔，李少鹏(西南交通大学机械工程学院，四川成都610031)摘要：应用大挠度弹塑性有限元法对承受径向均布荷载和跨中集中荷载的抛物线拱平面内及平面外稳定承载力进行研究。使用弧长法对拱结构平面内屈曲荷载一位移平衡路线及平面外屈曲荷载一位移平衡路线进行全过程跟踪研究。分析抛物线拱结构在不同矢跨比和支承条件下发生弹塑性屈曲的规律，分析中考虑了材料非线性和初始几何缺陷等因

2、素的影响对相同截面不同矢跨比抛物线拱的平面内二次分叉屈曲荷载、平面外二次分叉屈曲荷栽和平面内极限点屈曲荷载进行对比研究，其结果为抛物线拱结构失稳问题的研究提供了依据。关键词：空间拱；有限单元法；弹塑性屈曲；弧长法；二次分叉屈曲中图分类号：FH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)07—0213—04Elasto-PlasticStabilityAnalysisofParabolicArchStructureBasedonFiniteElementMethodGUOJun-cai，YULan-~ng，ZHUXi

3、ao-long，WENGuang，YUHan—xiang，LIShao—peng(SchoolofMechanicalEngineering，SouthwestJiaotongUnive~ity，SichuanChengdu610031，China)Abstract：Itpresentsthestudyonin-planeandout-planestabilitycapacityofparabolicarchsubjectedtoradialu~iformloadandconcentratedlo~utbyemployingel

4、asticplasticlargedisplacementfiniteelementanalysis．Thein-planebucklingload-displacementequilibriumpathsandout-of-planebucklingload-displ~ementequilibriumpathistheoreticallyinvestigatedbyusingfiniteelementapproachincanjunctionwiththearc—lengthmethod．Thelawofelastic-pl

5、asticbucklingofparabolic(IFChstructureisanalyzedunderdiferentrise-spanr~iosandsupportingconditions，consideringtheinfluenceofvariousfoz'tors，such∞materialnonlinearityandinitialgeometricimpe咖ction．Thecomparativestudiesofin-planesecondarybifurcationbucklingload，OUt-0，。一

6、planesecoud~wybifurcationbucklingloadandn—cprimarybucklingloadofparabolicarchwithSamesectionsanddifferentrise-．spanratiosarecarriedout，andtheresultl,providesbasisforthestudyofthestructuralinstat~ilityproblems．KeyWords：SpatialArchStructure；FiniteElementMethod；Elasto-P

7、lasticBuckling；ArealengthMethod；SecondaryBifurcationBucklingl目前已有对圆管截面及工字型截面拱结构的弹塑性屈曲分lLJI石析，针对倒梯形截面拱结构的稳定性问题进行研究。拱结构是一种受力合理的结构形式。与弯剪结构相比，拱结构具有跨度大、承载力高、截面尺寸小、变形小的优点，因此拱结2塑性力学的有限元法构在土木、机械和宁航1程等领域应用广泛。但随着跨度的不断应用有限单元法计算塑性力学问题，最后归结为求解单元集合体的节点平衡方程组[61：。。‘增大，拱截面尺寸也越来越大、形状也

8、更加复杂多样，拱设计得是[K]{占t=tR}(1)否合理，直接影响着拱的承载能力、稳定性和自重，因此，合理地式中：{占}一各节点的位移；{R}—作用在结点上的载荷；[]一整设计出具有足够强度、刚度和稳定性且重量又轻的拱有着非常重体刚度矩阵。要的意义。钢拱的稳定性