空间网壳结构多尺度分析方法研究
多尺度方法作为近年来迅速发展的新兴结构建模与分析方法,不仅使结构建模变得更简便,同时较大的提高了计算效率,逐渐成为了关注热点.且网壳结构在动载下的失效机理也一直是空间结构领域中的研究热点,由于网壳结构的构造复杂,在计算求解中带来了不便,前期的研究都是基于精细化模型进行的,不仅对计算机硬件性能要求甚高,同时耗时耗力.本文在此背景下,对多点约束法与应力连接法展开了理论研究与数值模拟,并实现了跨结构、材料层面的多尺度建模与分析.主要研究内容与结论如下:首先,总结前人对多尺度方法的研究成果,选取多点约束法与应力连接法作为研究对象,通过理论推导以及数值模拟,验证了两种方法的精确性,并基于应力连接法下给出了单元比例S的取值范围.然后,依据单层球面网壳的振动台倒塌试验,建立了三个刚度不等的多尺度模型,并在不同荷载工况下,研究其倒塌模式.结果表明:三个多尺度模型的倒塌模式与试验结果基本一致,虽然试验中人为因素、环境因素等造成的初始缺陷在数值模拟中无法实现,但对计算结果的影响较小,误差在工程允许范围内.最后,利用子模型法对凯威特型球面网壳进行了跨尺度的裂纹扩展分析,实现了在宏观结构层面观测细观球焊接处的裂纹扩展全过程.该方法不仅减少了计算求解时间,同时使得模型更容易收敛,并有足够的收敛空间允许对模型进行调整或网格细化,子模型更适用于裂纹扩展等微观研究.通过对多尺度方法的理论研究以及实际应用,证明了多尺度方法的合理性及其优势.本文虽只对网壳进行了多尺度建模分析,但该方法适用于任何结构形式,可进行更深层的理论研究与微观模拟.
- 作者：
- 蒋伟
- 学位授予单位：
- 江西理工大学
- 专业名称：
- 建筑与土木工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 朱南海
- 中图分类号：
- TU399
- 关键词：
- 多尺度；多点约束；应力连接；子模型；扩展有限元
- multi scale； multi multipoint constraint； stress connection； submodel； Extended finite element