梁柱節(jié)點翹曲位移傳遞的分析.pdf

1、薄壁構(gòu)件在扭轉(zhuǎn)荷載作用下截面產(chǎn)生翹曲變形,在強(qiáng)度、穩(wěn)定和振動的計算中應(yīng)考慮到截面翹曲變形的影響.單根構(gòu)件翹曲變形的計算,理論上已經(jīng)很成熟,但在梁柱節(jié)點處,翹曲變形如何影響相鄰構(gòu)件的彎扭變形是迄今為止沒有得到很好解決的一個問題.在有限元分析中,組集整體剛度矩陣時需要將局部坐標(biāo)系下的單元剛度矩陣轉(zhuǎn)換到整體坐標(biāo)系,翹曲自由度的轉(zhuǎn)換存在困難,現(xiàn)在通用的方法是將梁和柱子的剛度矩陣中翹曲自由度對應(yīng)的剛度矩陣元素直接相加,這種處理方法隱含的柱子的翹曲

2、自由度和梁的翹曲自由度相等的假定,是有問題的.空間框架匯交在梁柱節(jié)點有兩個方向的梁,因此存在兩個梁的翹曲自由度,加上柱子的翹曲自由度,一個節(jié)點存在3個翹曲自由度,再加上傳統(tǒng)的節(jié)點位移和節(jié)點轉(zhuǎn)動等六個自由度,空間框架中剛性連接節(jié)點的位移自由度應(yīng)該為9個.但是3個翹曲自由度之間是否存在一定的關(guān)系?如果存在一定的關(guān)系,則可以利用這些關(guān)系消去部分翹曲自由度.本文對空間框架中常用加勁形式的梁柱節(jié)點進(jìn)行了翹曲位移傳遞的分析.對于翼緣延伸加勁的梁柱節(jié)

3、點,本文通過分析得到了3個翹曲自由度之間的簡單關(guān)系,這些關(guān)系能夠用來消去梁的翹曲自由度,從而保證一個節(jié)點仍然是7個自由度.對于加斜向加勁肋的節(jié)點,本文提出了新的數(shù)學(xué)分析模型,新模型除了節(jié)點區(qū)內(nèi)梁柱翼緣在自身平面內(nèi)的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形外,還考慮了斜加勁肋在自身平面內(nèi)的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形、節(jié)點區(qū)腹板對斜加勁肋扭轉(zhuǎn)變形的約束,得到了節(jié)點區(qū)雙力矩的計算公式,公式表明,在斜加勁節(jié)點的3個翹曲自由度中,一個節(jié)點必須保留2個翹曲自由度才能精確地模擬翹

4、曲位移的傳遞.對加三塊加勁肋的節(jié)點,也采用了和斜向加勁節(jié)點相同的相交板件分解的方法來進(jìn)行分析,得到了求解節(jié)點處雙力矩和翹曲自由度關(guān)系的方程組.本文方法可以簡單地通過修改傳統(tǒng)的薄壁桿件單元剛度矩陣來實現(xiàn),最后通過自編梁單元計算程序和ANSYS薄壁殼單元SHELL63進(jìn)行的算例分析表明,本文提出的模型與板殼有限元方法的結(jié)果符合地非常好,而傳統(tǒng)的梁柱翹曲位移連續(xù)的處理方法與板殼有限元方法的結(jié)果有較大的誤差.新模型可以解決薄壁構(gòu)件框架彎扭線性和