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粘弹性阻尼器对钢网架结构振动疲劳影响研究

作　者: 孙天夫
导　师: 林皋
学　校: 大连理工大学
专　业: 防灾减灾及防护工程
关键词: 振动疲劳 粘弹性阻尼器 钢网架结构
分类号: TU356
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在某点或某些点承受扰动应力,并且在足够多的循环扰动后形成裂纹或完全断裂的材料中发生局部的、永久结构变化的发展过程,称为疲劳。钢结构的破坏不仅局限于由于荷载过大引起的失稳破坏,很多钢结构在荷载反复作用下,例如风荷载,机械振动荷载作用下也会发生疲劳破坏。而且这样的破坏往往不容易提前发现和防止,所以有很强的隐蔽性和破坏性。因此,结构的抗疲劳性能是结构可靠性及安全性的一项重要内容。另一方面,结构的疲劳寿命与结构局部产生的应力和应变水平有着密切的关系,相同的结构,应力应变越大,结构的疲劳寿命越低。而粘弹性阻尼器,作为一种成熟的,广泛应用于结构振动控制的阻尼器,可以有效的减少结构的应力和应变,从而必然会对结构的抗疲劳性能产生影响。本文首先从疲劳的基本理论入手,在第一章,文章通过介绍疲劳的定义、产生的机理、疲劳研究的发展历程等等对疲劳现象进行了较为详尽的介绍。在第二章,介绍了粘弹性阻尼器的结构以及常用的计算模型。第三章则讨论了疲劳寿命的计算方法以及结构振动疲劳分析的方法。第四章介绍了粘弹性阻尼器的等效刚度和等效阻尼系数以及阻尼器对结构产生的控制力的推导,并得到随着阻尼器阻尼系数的增加,结构的整体疲劳寿命会经历一个先增大后减小的过程,并存在最优解。第五章和第六章结合实际例子验证了第四章的推断。通过对比第五和第六章的模拟计算的结果。可以发现结构添加粘弹性阻尼器可以改善结构的振动疲劳寿命。并且随着阻尼器等效阻尼系数及等效刚度的变化,整体疲劳寿命经历一个先增大后减小的过程。结构添加阻尼器增加疲劳寿命的方式存在最优解。在工程应用中,可以利用迭代法,根据结构整体疲劳寿命的增大区间和减小区间,求解阻尼系数的最优解。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 研究的目的及意义  8-10
  1.2 疲劳的概述  10
  1.3 疲劳的研究内容及其历史  10-13
2 粘弹性阻尼器的结构及计算模型  13-17
  2.1 粘弹性阻尼器的结构  13
  2.2 粘弹性材料  13-14
  2.3 粘弹性阻尼器的计算模型  14-17
    2.3.1 复刚度模型  14
    2.3.2 四参数模型  14-15
    2.3.3 Kelvin模型  15
    2.3.4 标准线性固体模型  15
    2.3.5 Maxwell模型  15-16
    2.3.6 有限元模型  16-17
3 结构疲劳分析  17-38
  3.1 应力疲劳分析理论  17-23
    3.1.1 S-N曲线  17
    3.1.2 破坏的定义  17-18
    3.1.3 S-N曲线的一般形状及若干特性  18-19
    3.1.4 S-N曲线  19-20
    3.1.5 平均应力对疲劳寿命的影响  20-22
    3.1.6 影响疲劳寿命的其他因素  22-23
    3.1.7 疲劳损伤积累理论  23
  3.2 振动疲劳分析  23-38
    3.2.1 振动疲劳分析流程  23-26
    3.2.2 结构动力学响应分析  26-27
    3.2.3 振动疲劳分析理论概述  27-28
    3.2.4 峰值分布法  28-33
    3.2.5 幅值分布法  33-38
4 粘弹性阻尼器对结构疲劳的影响  38-43
  4.1 粘弹性阻尼器的等效刚度以及控制力  38-43
    4.1.1 粘弹性阻尼器等效刚度  38-41
    4.1.2 粘弹性阻尼器的控制力  41-43
5 随机振动荷载下粘弹性阻尼器对钢网架结构疲劳寿命的影响  43-51
  5.1 有限元模型的建立  43-44
  5.2 确定荷载,模态及频率响应  44-45
  5.3 疲劳分析  45-49
  5.4 本章小结  49-51
6 荷载作用下粘弹性阻尼器对结构疲劳性能的影响  51-76
  6.1 粘弹性阻尼器在风振控制中的应用  51-52
  6.2 风的基本特性  52-57
    6.2.1 平均风的基本特性  52-54
    6.2.2 脉动风的性质  54-57
  6.3 风速时程的模拟  57-58
  6.4 防风网计算实例  58-76
    6.4.1 防风网结构尺寸  58-60
    6.4.2 防风网荷载时程计算  60-62
    6.4.3 防风网荷载功率密度谱计算  62-65
    6.4.4 防风网模态分析  65-66
    6.4.5 防风网粘弹性阻尼器的添加  66-76
结论  76-78
参考文献  78-81
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  81-82
致谢  82-83

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 特种结构 > 网架结构
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