[發明專利]異型網架結構受力的建模及計算方法

有效

• 申請號: 201610717323.1
• 申請日: 2016-08-24
• 公開（公告）號: CN106326558B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 郁有升;胡海濤;李志寶;李建峰;王兆利;井彥青
• 申請（專利權）人: 青島騰遠設計事務所有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 趙燕

1.異型網架結構受力的建模及計算方法，其特征在于，具體步驟包括：

(1)建立CAD模型：建立支承網架下部的柱子；根據網架支座的實際高度建立剛性柱；建立網架下弦桿；建立網架上弦桿；連接網架的上弦與下弦，建立網架腹桿；其中，網架支座的實際高度取底板底到焊接球中心的距離；

(2)在有限元軟件中導入CAD模型建立有限元計算模型：

定義構件材料屬性；定義框架截面屬性；定義面截面屬性；指定剛性柱屬性；根據工程的具體約束情況施加支座約束；

(3)通過有限元計算模型進行有限元計算，計算方法采用空間桁架位移法，首先計算位移，進行結構位移分析，在位移的基礎上進行支座反力分析、構件的內力分析以及自振模態分析；

其中，步驟(3)有限元計算中結構位移分析采用空間桁架位移法，具體計算過程如下：

將結構進行離散化，對離散后的桿件單元根據靜力平衡原理在單元局部坐標系中建立有限元基本方程：

k_eu_e＝p_e (2)

式(2)中k_e—單元剛度矩陣；u_e—單元局部坐標系下的節點位移向量；p_e—單元局部坐標系下的節點力向量；

式(3)中A—桿件單元的截面積；l_ij—桿件單元的長度；E—桿件材料的彈性模量；

為考慮結構的變形協調，將各單元局部坐標系中的向量變換到整體坐標系中，網架桿件單元節點的位移向量在整體坐標系和局部坐標系之間的變換關系：

U_e＝Ru_e (4)

u_e＝R^TU_e (5)

相應節點力向量在整體坐標系和局部坐標系之間的變換關系：

P_e＝Rp_e (6)

其中R—坐標變換矩陣，

l、m、n—局部坐標系關于整體坐標系的方向余弦，

式(8)中的X_i、Y_i、Z_i和X_j、Y_j、Z_j分別為節點i和j在整體坐標系中的坐標，將式(5)代入到式(2)中即可得：

k_eR^TU_e＝p_e (9)

將上式(9)代入到式(6)得到網架桿件單元在整體坐標系中的基本方程：

Rk_eR^TU_e＝P_e或K_eU_e＝P_e (10)

即網架桿件單元在整體坐標系中單元剛度矩陣的表達式:

可依次將各桿件單元的剛度矩陣集合成結構總剛度矩陣，相應的荷載分量也進行疊加，即可得到有限元集合體的基本方程組：

KU＝P (12)

式(12)中K—網架結構的總剛度矩陣；

U—網架節點在整體坐標系中的位移向量；

P—在整體坐標系中網架的外荷載向量；

根據邊界條件的處理方法使總剛度矩陣K成為正定矩陣，求解方程組得到網架節點在整體坐標系中的位移向量U_e，經坐標變換后可得到網架桿件的節點在單元局部坐標系下的位移u_e，

u_e＝R^TU_e (13)

式(13)中R^T—變換矩陣，可由式(7)求得。

2.根據權利要求1所述的異型網架結構受力的建模及計算方法，其特征在于，步驟(2)指定剛性柱屬性時，通過修改框架單元的剛度，將桿件的橫截面面積、抗剪面積、扭力常數參數放大，實現框架單元剛度無窮大；設桿件原長度為l₀，桿件單元的截面積為A，桿件材料的彈性模量為E，在軸力F作用下發生變形△l的公式：

3.根據權利要求1所述的異型網架結構受力的建模及計算方法，其特征在于，步驟(2)施加支座約束時，剛性柱的下端根據實際情況，與柱設為鉸接，與網架下弦桿連接方式為剛接。