动力失稳的能量判别准则在杆系结构中的推广及应用

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结构的动力稳定性问题是结构工程领域中十分活跃的研究课题。本论文在已有研究基础上进一步将动力失稳能量判别准则推广应用到地震作用下的平面及空间杆系结构中,主要完成了以下工作:   (1)推广动力失稳能量判别准则:引入“截断激振”的假设,将适用于无外界激振的保守系统中的动力失稳能量判别准则推广应用到有外界激振的非保守系统中。   (2)基于有限元法计算结构总能量:基于有限元软件后处理功能,在结构动力分析过程中计算结构总能量(包括应变能、外力势能及动能),并根据其是否超越临界能量来判别结构的动力稳定性。采用ANSYS对浅拱桁架、Williams刚架、六角星型穹顶等简单结构在不同初始条件下或冲击荷载作用下进行动力分析,验证了能量判别准则的正确性。   (3)推广了临界激振加速度的实用计算方法。在有限次结构动力时程响应分析的基础上,根据结构总能量峰值对地震激振加速度峰值的依赖关系,采用线性插值与抛物线插值相结合的实用计算方法,可快速准确地求出临界激振加速度。   (4)能量判别准则在单层球面网壳动力稳定性分析中的应用:对常见K8单层球面网壳的动力稳定性能进行了较为系统的分析,动力失稳能量判别准则的判别结果与ANSYS计算出的节点位移图及结构变形图结果完全吻合,说明动力失稳能量判别准则的判别结果是可信的;采用一致缺陷模态法模拟网壳结构的初始缺陷,进一步从能量的角度研究了初始缺陷对网壳结构动力稳定性能的影响,结果显示初始缺陷造成网壳结构的动力稳定性能大幅下降。
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