應(yīng)縣木塔有限元模擬.pdf

1、山西應(yīng)縣木塔是中國現(xiàn)存的唯一木塔，也是世界上現(xiàn)存最高的木結(jié)構(gòu)樓閣式佛塔，無論從結(jié)構(gòu)、用材、美觀上古代木結(jié)構(gòu)建筑都擁有很高的技術(shù)含量和藝術(shù)價(jià)值。但是近一千年來，塔身木材性質(zhì)發(fā)生變化，承載能力減弱，而且經(jīng)受了多次強(qiáng)烈地震和炮擊的影響，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)嚴(yán)重變形，其殘損變形情況已經(jīng)達(dá)到了危脅其安全的程度，因此對應(yīng)縣木塔進(jìn)行診斷和修繕已經(jīng)成為迫不及待的事情。目前對應(yīng)縣木塔的試驗(yàn)測繪工作已經(jīng)取得一定的成果，但是想要進(jìn)一步深入的研究還需要現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真模擬

2、分析技術(shù)。利用有限元理論對木塔模型進(jìn)行研究，不但可以減少試驗(yàn)對木結(jié)構(gòu)建筑的破壞，也可以大大減少試驗(yàn)所帶來的人力物力資源消耗。本文對應(yīng)縣木塔的現(xiàn)狀殘損情況進(jìn)行了研究，通過理論分析和有限元數(shù)值模擬方法，利用大型有限元軟件MSC．Patran&Nastran對應(yīng)縣木塔的各項(xiàng)性能以及其修復(fù)加固方案進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。主要研究內(nèi)容如下： (1)總結(jié)應(yīng)縣木塔的研究現(xiàn)狀，從應(yīng)縣木塔的材料特性、基本結(jié)構(gòu)、變形殘損情況進(jìn)行分析和總結(jié)。 (2)建

3、立應(yīng)縣木塔有限元模型，討論不同結(jié)構(gòu)部位網(wǎng)格處理方法。針對木塔動力學(xué)特性和修繕方式進(jìn)行不同的模型處理。 (3)分析榫卯結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，對榫卯連接部位建立便于分析計(jì)算的榫、卯有限元模型，利用MSC有限元分析軟件得到數(shù)值計(jì)算結(jié)果與十字形試驗(yàn)結(jié)果模型相比對，采用響應(yīng)面方法和優(yōu)化迭代方法通過Matlab和C++語言編程得到榫、卯半剛性單元的參數(shù)值，進(jìn)而對改進(jìn)模型進(jìn)行靜力學(xué)分析。 (4)對應(yīng)縣木塔進(jìn)行動力學(xué)分析，得到木塔前六階頻率和