【摘 要】
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铝合金作为一种轻质高强且耐腐蚀的材料已在空间结构中得到了广泛的应用。由于铝合金材料的可焊性较差,因此螺栓连接是铝合金结构中最常见的节点连接形式。目前,铝合金结构的节点设计和结构分析方法在许多方面均与钢结构一致,然而铝合金的弹性模量仅为钢的1/3左右,螺栓连接节点的内力分布与空间网格结构的整体稳定性能均与材料的弹性模量息息相关。许多研究也表明,铝合金空间网格结构螺栓连接节点的内力分布特性以及结构的稳
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铝合金作为一种轻质高强且耐腐蚀的材料已在空间结构中得到了广泛的应用。由于铝合金材料的可焊性较差,因此螺栓连接是铝合金结构中最常见的节点连接形式。目前,铝合金结构的节点设计和结构分析方法在许多方面均与钢结构一致,然而铝合金的弹性模量仅为钢的1/3左右,螺栓连接节点的内力分布与空间网格结构的整体稳定性能均与材料的弹性模量息息相关。许多研究也表明,铝合金空间网格结构螺栓连接节点的内力分布特性以及结构的稳定性能均与钢结构存在较大的差异,其节点受力特性与结构整体稳定分析方法均有待进一步研究。因此本文对铝合金结构螺栓连接内力分布的不均匀特性以及整体稳定分析方法展开了研究,内容主要包括:
(1)对铝合金螺栓群受剪长连接的剪力不均匀分布问题展开了研究。首先通过理论分析揭示了螺栓群剪力不均匀分布的内在机理,发现影响螺栓的抗剪刚度、连接板件材料、连接长度、连接板横截面积均会影响剪力的不均匀分布。本文针对上述影响因素展开了大量的数值模拟,并验证了理论分析得到的结果。最后通过理论推导得到了螺栓群剪力分布的实用计算方法。
(2)对承担拉力荷载的铝合金螺栓球节点螺纹轴向力的分布特性展开了研究。首先建立了精细化有限元模型,对所有可能影响螺纹轴向力分布的因素展开了参数化分析,发现球体材料与螺栓拧入深度是最主要的影响因素,继而根据模拟结果探究了节点在弹性阶段与破坏荷载下螺纹轴向力的分布特性。最终通过建立节点的简化力学模型进行了理论推导,并结合模拟结果得到了铝合金螺栓球节点螺纹轴向力分布及抗拉承载力的计算公式。
(3)对铝合金单层网壳整体稳定分析方法展开了研究。探究了可以同时考虑网壳整体缺陷、杆件缺陷以及节点刚度的建模方法,然后研究了杆件缺陷方向与缺陷幅值对网壳整体稳定承载力的影响,通过大量数值模拟与理论推导得到了铝合金杆件合理的缺陷幅值。继而对不同跨度、矢跨比及截面形式的铝合金网壳展开了大量数值模拟,最后根据模拟结果提出了一套考虑杆件失稳的铝合金网壳稳定分析方法。
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