基于有限质点法的空间柱面网壳强风作用下的倒塌破坏研究

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本文主要研究内容为空间柱面网壳在强风作用下的倒塌破坏过程。以有限质点法为分析工具,对柱面网壳在强风作用下的倒塌模式、倒塌过程进行分析与追踪,并对结构倒塌灵敏度进行分析,最终对结构进行优化设计。  有限质点法是基于向量式结构力学所提出的一种新的数值分析方法。该方法在模拟非线性、断裂倒塌问题方面有优势。有限质点法的基本思路是:将结构离散为有限的质点,这些离散的质点的运动遵循牛顿运动定律;通过质点的位置来表达内力、运动、荷载以及约束条件等;建立牛顿运动方程对结构的行为进行分析。  本文的主要内容是:①介绍有限质点法的基本理论;②利用程序对风速谱和风压谱进行模拟;③基于有限质点法对空间柱面网壳在强风作用下的倒塌破坏进行研究;④分析倒塌破坏过程,对结构倒塌灵敏度进行分析,进行结构抗倒塌优化设计。  为分析结构倒塌破坏过程,本文提出了结构构件的断裂模式。在有限质点法分析过程中,通过算例对所建立的弹塑性模型进行了对比验证;通过算例验证了该法处理几何非线性问题的可行性与简便性;同时证明该方法处理倒塌断裂问题的可信性及正确性。这些关键问题解决以后,可以采用有限质点法直接计算分析大型空间梁系与杆系结构。  风速与风压进行数值模拟运用线性滤波器法中的自回归模型(AR模型),在模拟过程中考虑了空间点的三维相关性。通过积分计算每个质点的受风面积,将面荷载转化成等效质点力。  在以上工作的基础上,本文通过算例模拟空间柱面网壳的倒塌破坏,并进行全程的监控分析;通过调整结构特征参数寻找结构抗倒塌的最优值,建立倒塌破坏灵敏度指标;通过灵敏度指数对空间柱面网壳的抗倒塌性能进行评价。  通过抗倒塌优化的空间柱面网壳,能够有效的延缓或阻止结构在强风作用下倒塌破坏。本文所提出的一系列抗倒塌优化措施,能够减少风灾破坏下经济损失,保证生命财产安全。
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