任意约束条件下薄壁构件临界荷载的有限元计算

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梁或柱为其连接的其他构件提供支撑,同时,与梁或柱相连接的构件也为梁或柱提供约束作用。这些约束作用极大地影响着梁或柱的平面内稳定和平面外稳定。利用连接构件之间约束作用,钢构件的稳定临界荷载可以得到显著的提高,节约大量的钢材。 有限单元法作为一种有效的数值计算方法,尤其适合于杆系结构的计算。本文用有限单元法对弹性约束条件下薄壁构件的临界荷载进行了研究。根据薄壁构件弯曲与扭转理论,对弹性约束条件下薄壁构件的能量方程进行了推导,再根据总势能最小值原理推导出弹性约束条件下薄壁构件的单元刚度矩阵。能量方程中考虑的约束情况有连续的线弹性约束和离散的弹性点约束。根据Euler方程对推导出的弹性约束条件下薄壁构件的能量方程进行了验证。 用推导出的弹性约束条件下薄壁构件的单元刚度矩阵编制了弹性约束条件下的有限单元法通用计算程序。对弹性约束下轴心受压构件、受弯构件和压弯构件的算例表明,用本文推导的单元刚度矩阵计算约束条件下薄壁构件的临界荷载准确、有效,具有通用性。一些计算结果与相应约束条件下可鉴的解进行了对比分析。算例的计算结果表明,当考虑弹性约束作用的存在时,各类构件的临界荷载都可以显著地提高。
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