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输电塔架结构极限承载力分析

作 者: 付光
导 师: 王乘
学 校: 华中科技大学
专 业: 工程计算仿真与软件技术
关键词: 输电塔架 梁-壳-杆耦合模型 材料非线性 几何非线性 后屈曲
分类号: TM753
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 7次
引 用: 0次
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内容摘要


输电塔架是一种高次超静定空间结构,被公认为是最难分析的一种杆系结构,利用现有的有限元软件对其进极限承载力分析时发现,结构进入大位移阶段后计算难以收敛。本文利用自己编写的输电塔架真型实验仿真程序,对ZC27102真型塔塔架进行了极限承载力的仿真计算,并得到了较为理想的结果。本文针对ZC27102真型塔塔架建立了更接近塔架真实结构的梁-壳-杆耦合的三维模型,考虑了风载和塔架的自重,以及输电线对塔架的作用力,利用程序对输电塔架做了整体的仿真计算。程序采用空间梁单元和DKQ壳单元编写。空间梁单元采用Bathe提出的空间梁单元的基础上改进而来,能够准确计算L型截面梁的弹塑性后屈曲变形。DKQ壳单元采用DKQ薄板单元和带有绕法线旋转自由度的膜单元组合而成,面内刚度采用DKQ薄板单元计算,面外刚度采用膜单元计算,这种壳单元在计算薄板问题时不会出现剪切自锁。程序采用Updated Lagrangian方法表述,考虑了几何非线性材料非线性对结构刚度的影响,基于全Newton-Raphson法进行迭代计算,采用柱面弧长法控制迭代,求解塔架的载荷-位移曲线。最终得到了较为理想的结果,并且和实验结果基本符合。通过和梁-杆模型的计算结果对比,壳-梁-杆模型的计算结果比梁-杆模型更准确。本文的研究表明,程序对输电塔架的极限承载力分析准确有效。本文最后对计算结果的不足做出了分析,并对仿真程序的改进提出了完善建议。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 输电塔架概况  10-11
  1.3 研究目的和意义  11-12
  1.4 国内外研究概况  12-13
  1.5 本文主要研究内容  13-15
2 空间梁单元非线性有限元理论  15-31
  2.1 空间梁单元几何非线性  15-23
  2.2 空间梁单元的材料非线性  23-26
  2.3 空间梁非线性计算框图  26-28
  2.4 梁单元非线性算例  28-30
  2.5 本章小结  30-31
3 DKQ 壳单元非线性有限元理论  31-47
  3.1 DKQ 壳单元的构造  31-36
  3.2 DKQ 壳单元非线性计算  36-42
  3.3 DKQ 壳单元非线性计算框图  42-44
  3.4 DKQ 壳单元非线性算例  44-46
  3.5 本章小结  46-47
4 输电塔架真型实验仿真程序  47-61
  4.1 总刚度矩阵的一维变带宽存储  47-49
  4.2 一维变带宽存储对应的LDL 解法  49-50
  4.3 节点应力应变  50-51
  4.4 非线性迭代控制算法  51-59
  4.5 程序流程图  59-61
5 输电塔架的梁-壳-梁-杆单元耦合分析  61-70
  5.1 输电塔架结构和有限元模型  61-62
  5.2 60 度大风工况  62-63
  5.3 60 度大风下的极限载荷分析  63-68
  5.4 本章小结  68-70
6 结论及展望  70-72
  6.1 结论  70
  6.2 进一步工作的展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-76

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 线路及杆塔 > 杆塔的机械计算及设计
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