新型鋁合金蜂窩板單層組合網(wǎng)殼的穩(wěn)定性試驗(yàn)研究.pdf

1、空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題一直被認(rèn)為是該類結(jié)構(gòu)最需要解決的關(guān)鍵問題之一，因此，單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題始終成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而單層鋁合金組合網(wǎng)殼相比鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)更加輕而柔，自然對(duì)穩(wěn)定問題更為敏感。但現(xiàn)有文獻(xiàn)的研究對(duì)象大都針對(duì)鋼網(wǎng)殼或鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。為此本文針對(duì)由輕質(zhì)高強(qiáng)的鋁合金蜂窩板參與協(xié)同工作的新型單層鋁合金組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性開展試驗(yàn)研究。結(jié)果表明該類結(jié)構(gòu)的受力行為、失穩(wěn)模態(tài)、破壞機(jī)理和極限承載力，均有別于一般的單層鋁合金網(wǎng)殼。本文的

2、主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)由于蜂窩板的內(nèi)部構(gòu)造比較復(fù)雜，實(shí)際工程中若對(duì)蜂窩板按實(shí)體建模進(jìn)行有限元分析的工作量非常龐大。此外，蜂窩芯與面板接觸部位的不規(guī)則也容易導(dǎo)致剛度矩陣的奇異。為了能對(duì)蜂窩板進(jìn)行高效而可靠的計(jì)算分析，就必須對(duì)蜂窩板進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化、等效。本文針對(duì)三明治夾芯板理論、蜂窩板理論和等效板理論三類等效方法，從靜力變形和模態(tài)頻率兩個(gè)方面，與按蜂窩板實(shí)際構(gòu)造建模的有限元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，討論三類等效方法的優(yōu)劣，為

3、今后在計(jì)算整體模型時(shí)蜂窩板的簡(jiǎn)化分析提供依據(jù)。分析結(jié)果表明，蜂窩板理論相對(duì)精度較高，更適合實(shí)際工程中的蜂窩板簡(jiǎn)化分析。
　　(2)單層鋁合金組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是一種缺陷敏感型結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)定承載力分析時(shí)，必須考慮缺陷的影響。分析表明，單層鋁合金組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的最低階屈曲模態(tài)并不都能反映結(jié)構(gòu)的幾何缺陷分布形式，因此，一致缺陷模態(tài)法得到的并不都是結(jié)構(gòu)的最小臨界荷載。
　　(3)針對(duì)六個(gè)單層鋁合金組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，運(yùn)用基于高斯分布的隨機(jī)

4、缺陷模態(tài)法，對(duì)單層鋁合金組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的缺陷敏感性以及臨界荷載，分別進(jìn)行200個(gè)樣本的非線性穩(wěn)定分析。結(jié)果表明，運(yùn)用隨機(jī)缺陷模態(tài)法的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果吻合良好，誤差均在10％以內(nèi)。今后在對(duì)大型工程結(jié)構(gòu)分析時(shí)，隨機(jī)缺陷取100個(gè)樣本基本可滿足一般的工程精度要求。
　　(4)試驗(yàn)研究與有限元分析均表明，單層鋁合金組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于蜂窩板參與結(jié)構(gòu)共同工作，受力性能得到顯著改善，其穩(wěn)定承載力至少比無板網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)提高了16％，并且對(duì)缺陷的敏感

5、程度要比無板鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)小。
　　(5)現(xiàn)行的《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對(duì)初始幾何缺陷的限值，主要是針對(duì)無板網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的，為定量探究新型單層鋁合金組合網(wǎng)殼的缺陷允許極值，本文對(duì)19200個(gè)單層鋁合金組合網(wǎng)殼算例的計(jì)算分析后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)初始幾何缺陷值達(dá)到跨度的3/1000左右時(shí)其影響才充分體現(xiàn)出來，從偏于安全角度考慮，在對(duì)單層鋁合金組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力分析時(shí)，建議取缺陷最大值為網(wǎng)殼跨度的3/1000。為今后制定單層鋁合金組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的技術(shù)