【摘 要】
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加筋板结构是一种由基体结构和加强筋通过一定的铺设方式连接组合而成的结构形式。在结构设计中,在垂直于面板方向使用加筋条,以提高面板和整体结构的承载能力。与普通板结构
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加筋板结构是一种由基体结构和加强筋通过一定的铺设方式连接组合而成的结构形式。在结构设计中,在垂直于面板方向使用加筋条,以提高面板和整体结构的承载能力。与普通板结构相比,加筋结构不仅可在同等重量的前提下提高结构的屈曲破坏临界压力,还可以降低初始缺陷对临界载荷的影响,因此,加筋板称为工业耐压结构的主要结构形式之一。加筋板结构因其具有加工容易,比强度较大、结构轻巧、承载力强等优点,在航空航天、能源交通、海洋船舶、桥梁建筑等工程领域应用广泛。相比于传统加筋板,曲线加筋板能够更充分的发挥材料力学性能。在加筋板力学分析中,板的有限元分析理论通常包括适用于薄板的Kirchhoff理论,即经典板理论,以及适用于厚板的Reissner-Mindlin理论。后者虽然考虑了横向剪切变形,但当板较薄时易出现剪切自锁及零能模式等问题。因此需要研究同时适用于薄厚板动态特性分析的曲线加筋板有限元分析方法,本文开展的主要研究工作包括:推导得出了曲线加筋板动态特性分析有限元理论,发展了一种同时适用于薄厚板曲线加筋板动态特性分析的有限元方法。离散的Kirchhoff-Mindlin理论采用假设剪切应变场和单元边界的离散约束可避免剪切锁死与零能模式的问题。针对曲线加筋Kirchhoff-Mindlin板自由振动分析,采用离散的Kirchhoff-Mindlin三角形单元(DKMT)和Timoshenko曲梁单元分别模拟板和加强筋,根据板的位移插值函数及筋板交界面的位移协调条件,建立了基于板单元位移自由度的有限元方程。采用曲线加筋板动态特性分析有限元理论研究了曲线加筋板动态特性,开展了常温模态试验进行方法验证。为了验证方法的有效性和准确性,首先对双直筋直线加筋板进行动态特性分析,将固有频率计算结果与文献中试验和仿真结果进行对比分析。其次分析单筋曲线加筋板,得到其固有频率和振型结果,并与文献及有限元软件仿真结果进行对比分析。最后开展单筋曲线加筋板常温模态试验,通过将本文分析所得固有频率和振型与试验所得结果进行对比验证。通过以上分析,验证了本文方法的准确性。研究了尺寸参数对曲线加筋板动态特性的影响。以Kirchhoff-Mindlin板理论建立中心带孔方板、圆板和椭圆板模型,以Timoshenko梁理论建立了曲线加强筋有限元模型,通过Distmesh划分板单元网格,通过3阶B样条曲线得到曲线筋的几何模型和有限元模型,分别建立了中心带孔曲线加筋方板、圆板与椭圆板的有限元模型。首先通过收敛性和准确性验证,分别得出了各自的准确有限元模型。其次开展尺寸参数对中心带孔曲线加筋方板、圆板和椭圆板的固有频率的影响,分别研究筋条铺设位置、筋条曲率、筋条高厚比以及等质量条件下板厚和筋条高厚比等尺寸参数对结构整体固有频率的影响。
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