[發明專利]基于剛體位移分解的局部振型識別方法

有效

• 申請號: 201710031923.7
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106844936B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 王東煒;劉玉森;孫攀旭;王棟;嚴亞丹;王文君;劉雨桐
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 余炎鋒

本發明屬于工程結構技術領域。一種基于剛體位移分解的局部振型識別方法，通過對構件模型進行模態分析，獲取各階振型的節點總位移云圖，提取j階振型中i單元的節點位移向量{d_ji},并基于四節點正方形單元的剛體位移基向量[B_r],獲取j階振型中i單元的相對剛體位移向量{d_rji}，并作出構件模型在該階振型x方向、y方向、xoy平面上的剛體位移分解譜，進一步得出相對基本剛體位移分解譜，構建構件模型在j階振型各方向上的局部系數β，從而判定在該階振型的各方向上是否發生局部振型。本發明能夠對結構或構件的局部振型進行精細識別，通過結構或構件的不同自由度上的相對剛度分布，確定相對剛度不足或薄弱的區域，進而指導結構或構件的相對剛度設計。

技術領域

本發明屬于工程結構技術領域，具體涉及一種基于剛體位移分解的局部振型識別方法。

背景技術

構件是工程結構的基本組成部分，構件的變形分析時確保構件結構安全性和實用性的重要手段。目前，構件的變形分析方法包括有限元應力應變分析法和實驗分析法等。在構件的有限元應力應變分析中，通過有限元計算，可得到單元節點的線位移值，進而可得到構件單元的應變值，包括正應變和切應變等；實驗分析可通過安裝位移計、粘貼應變片或埋設光纖光柵等方法得到構件上某點的線位移或應力、應變等。基于正交分解理論的平面構件變形分解方法則可直觀及定量地給出構件上各個部位主要的基本變形類型和分布情況，以及拉壓、彎曲、剪切等不同基本變形分量的比例。

構件的振型是構件變形的基向量。在結構振型的識別方面，現有的主要方法為質量參與系數法及其衍生的方法，通過對平面構件不同方向的參與系數進行比較，對平面構件的彎曲、拉壓等振型類型進行判別，對振型定性描述。基于正交分解理論的振型識別法可直接將平面構件的振型分解成x方向拉壓、剪切等基本振型，對各種振型的類型進行量化識別，特別是對平面構件的剪切振型、耦合振型等進行量化分析。

對于構件的整體振型和局部振型的判斷識別，是實現對構件的受力性能考量的重要標準。現有局部振型識別的方法或針對于特定的結構類型，或為宏觀整體性判別，難以形成為普適性方法，無法實現精細的識別，不能夠直觀合理的確定相對剛度不足或薄弱的區域，不能夠實現指導結構或構件相對剛度的設計需求。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在的問題和不足，提供一種能夠有效識別構件局部振型，并指導工程結構的整體剛度和動力剛度滿足工程需要的基于剛體位移分解的局部振型識別方法。

為達到上述目的，所采取的技術方案是：

一種基于剛體位移分解的局部振型識別方法，包括以下步驟：

①通過有限元軟件對構件模型進行模態分析，獲取各階振型的節點總位移云圖；

②提取j階振型中i單元的節點位移向量{d_ji},并基于四節點正方形單元的剛體位移基向量[B_r],獲取j階振型中i單元的相對剛體位移向量{d_rji}，則其中：式中：b₁、b₂、b_g分別為針對四節點正方形單元，采用正交分解法構造并獲取x方向的剛體位移的基本變形向量、y方向的剛體位移的基本變形向量和xoy平面的剛體轉動位移的基本變形向量；其中r₁、r₂和r₃分別為j階振型中i單元的x方向的相對剛體位移、y方向的相對剛體位移和xoy平面的相對剛體轉動位移；

③獲取構件模型的j階振型中所有單元的相對剛體位移向量，并依此分別作出構件模型在該階振型x方向、y方向、xoy平面上的剛體位移分解譜，得出該階振型在各方向上的振型相對位移值和該振型相對位移值所對應的單元個數的直方圖，從而實現振型的剛柔分離；

④對j階振型的剛體位移分解譜進行分析，識別構件模型在各個方向是否發生局部振型。