初始荷载对梁力学性能非线性影响的研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:ceylong2000
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初始荷载对结构静动力、稳定性影响的普遍理论在上世纪中叶就已确定和成熟,但基本上均是考虑初始荷载产生的轴向变形的影响,而对于初始荷载产生的弯曲变形对结构静动力影响的研究却只有少数学者涉及。为更全面地了解初始荷载对结构静、动力特性的影响,本文系统地研究了不同约束情况下初始荷载产生的轴向和弯曲变形对直线及曲线梁静、动力特性影响的规律,扩展了梁非线性分析的理论。论文的主要工作与成果如下:1、通过能量变分法,建立了考虑初始荷载产生的弯曲变形影响时梁的控制微分方程,提出了初始荷载影响系数的概念,给出了初始荷载影响系数的解析表达式,讨论了初始荷载的大小、惯性矩、跨度、惯性半径及梁的约束情况(简支梁、两端固支梁、端固支一端简支梁及悬臂梁)等参数对初始荷载影响系数的影响,给出了初始荷载产生的弯曲变形对梁静、动力特性影响的变化规律。2、通过能量变分法,建立了同时考虑初始荷载产生的弯曲和轴向变形影响时梁的控制微分方程,推导出了考虑两种初始变形影响时简支梁自振频率的解析表达式,讨论了这两种初始变形对初始荷载大小、梁自身刚度及约束情况等不同参数的敏感度,采用产生相同变形能的方式,定量地比较了各种边界条件下两种初始变形对直梁静、动力反应的影响。3、以曲梁的有限变形理论为基础,用能量变分法建立了考虑初始荷载影响时圆弧形拱梁的控制微分方程,讨论了初始荷载大小、矢高、跨度、惯性矩及惯性半径等参数对初始荷载影响效应的影响,得到了考虑初始荷载影响时拱形梁静、动力反应的变化规律。4、从非线性弹性理论出发,通过能量变分原理,采用三次多项式作为位移函数给出了考虑初始弯曲和轴向变形影响的一般形式的单元刚度矩阵,建立了考虑初始荷载影响时,梁静动力分析的有限元方法,编制了电算程序,为解决各种不同构造、荷载类型、刚度变化及边界条件下的实际结构考虑初始荷载影响提供了有效的工具。分析了均布和集中两种初始荷载类型对各类梁(简支梁、两端固支梁、一端固支一端简支梁、悬臂梁)静、动力反应的影响。5、采用能量变分原理,建立了考虑初始荷载影响时,同时承受压、弯、扭、剪作用的空间曲、直梁的控制微分方程,给出了边界条件,并对该微分方程的适用性进行了讨论。
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