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板片空间结构体系是由轻质、高强的复合板材和薄壁金属骨架或完全由板通过特定方式组合而成的一种新型空间结构体系。包括板片结构在内的大跨度空间结构跨度大、构件截面薄并以受压为主,其破坏形态往往是失稳破坏,因而在空间结构设计中必须考虑稳定性问题以防止发生失稳破坏。在理论和试验研究中,以模型模拟实际结构是研究板片空间结构的手段之一,模型对原型模拟的相似性和模型结果的有效性是一个极为重要的问题。
本文以模型相似性为切入点,首先介绍了相似理论的基础、推导相似准则的三大类方法和畸变模型的原因、类别及处理方法等。在具体推导相似准则的三大类方法中,本文以量纲分析法和定律分析法为理论基础分别研究了完全相似模型和不完全相似模型。
对于完全相似模型,本文通过理论推导得出了模型与原型之间的相似函数,用若干算例证实了在模型和原型几何尺寸完全相似的情况下,模型和原型之间的极限承载力存在着以缩尺比例为参数的函数关系,并证实了这种相似关系存在于整个失稳过程中。
在相似条件无法得到严格满足的情况下,本文建立了不完全相似模型,通过对其进行数值分析研究了稳定性能和原型之间的关系,得出了以相似结构某些特性为变量的拟合函数,并通过算例计算结果表明本文提出的拟合函数可以与有限元仿真计算结果较好地吻合。
论文最后针对板片空间一结构试验模型,建立了完全相似和不完全相似的数值模型,运用提出的方法进行了相似性分析,所得结果对板片空间结构的工程设计和模型试验有一定参考价值,并为以后板片空间结构的应用和研究打下了良好的基础。