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空间网格结构整体疲劳分析的研究

作　者: 翁恩豪
导　师: 高博青
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 空间网格结构疲劳分析疲劳强度雨流计数法时程分析 Goodman准则累积损伤疲劳寿命曲线应力-应变循环寿命估算模型
分类号: TU356
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 285次
引　用: 5次
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内容摘要

大跨空间结构在风机、风等交变荷载作用下，结构的应力循环交替变化，可能形成结构的疲劳损伤，且疲劳危险区域并不一定在应力最大值处。为了保证结构在设计寿命期内的安全使用，有必要对结构进行整体疲劳分析，评估其在设计年限内的疲劳损伤程度。本文采用总寿命法进行疲劳分析，试图通过有限元理论分析结构在风、地震、风机等交变荷载作用下的瞬时响应，即用时程分析法得到结构的应力(应变)时程谱，结合疲劳分析的基本理论，把应力时程谱转化成应力峰值谱，运用雨流计数法，采用Goodman准则考虑平均应力的影响，统计出应力循环历程，再根据材料的S—N或ε—N疲劳寿命曲线，估算单一应力循环下的疲劳损伤D，然后用Miner线性累积损伤理论进行累加，得到结构在荷载过后的疲劳损伤程度；并将疲劳分析过程程序化，通过应力时程谱得到在弹性阶段结构任一部分的疲劳损伤程度，找到疲劳危险区域。结构的整体疲劳问题主要和材料的疲劳特性、外荷载的作用形式、结构的动力特性这三方面有关。当选定了一种材料后，就归结为外荷载作用下结构各个部分的应力—应变分析。对平板网架在风机荷载下的整体疲劳分析中发现，结构可能出现的疲劳与风机荷载的振动方向、振幅、频率以及不同风机振动的相位差等因素有关。对悬臂型挑篷在风荷载下的整体疲劳分析中发现，结构可能出现的疲劳受风作用的方向、大小以及风作用在结构上的快慢程度(文中用参数R来描述)等因素影响。从对以上结构进行整体疲劳的参数分析中可以看出，对承受较大反复荷载的结构设计时，应适当降低极限承载力下材料的许用应力，使应力循环幅值不至于过大，同时应避免不同位置疲劳损伤值的过大差异，如果疲劳损伤最值相差很大，应加强疲劳薄弱区域的杆件。论文最后对所做的研究工作进行了终结，得出了其它一些有参考价值的结论，并指出进一步研究中亟待解决的问题。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章绪论  8-17
  §1．1 关于疲劳的概述  8-9
  §1．2 疲劳的研究内容及其历史发展过程  9-12
  §1．3 疲劳设计方法简介  12-13
  §1．4 空间网格结构疲劳研究的必要性  13-14
  §1．5 本文的主要工作  14-15
  参考文献  15-17
第二章疲劳分析的基本原理  17-31
  §2．1 疲劳的基本概念  17-24
  §2．2 抗疲劳性能的测定  24-27
  §2．3 疲劳累积损伤理论  27-29
  §2．4 疲劳裂纹扩展理论  29-30
  参考文献  30-31
第三章疲劳分析的基本方法  31-42
  §3．1 金属的单一特性与疲劳特性  31-35
  §3．2 现场数据的分类与分析处理  35-39
  §3．3 疲劳寿命的估计  39-41
  参考文献  41-42
第四章网格结构的疲劳分析流程  42-56
  §4．1 高周疲劳与低周疲劳  42
  §4．2 Basquin疲劳寿命估算模型  42-43
  §4．3 Manson-Coffin疲劳寿命估算模型  43-45
  §4．4 钢结构规范中的疲劳计算  45-46
  §4．5 时程分析的有限元理论  46-48
  §4．6 疲劳寿命估计的流程  48-51
  附录1  51-55
  参考文献  55-56
第五章风机荷载下的整体疲劳分析  56-78
  §5．1 空间网格结构中的疲劳问题  56-57
  §5．2 自振特性的计算理论  57-58
  §5．3 平板网架的自振特性  58-61
  §5．4 风机竖向振动下的疲劳分析  61-71
  §5．5 风机水平向振动下的疲劳分析  71-77
  参考文献  77-78
第六章风荷载下的整体疲劳分析  78-87
  §6．1 风荷载下的疲劳问题  78-80
  §6．2 风荷载下的疲劳参数分析  80-86
  参考文献  86-87
第七章结论与展望  87-91
  §7．1 结论  87-88
  §7．2 进一步工作的展望  88-91
致谢  91

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