基于有限元桁架結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析研究

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1、基于有限元的桁架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析研究李衛(wèi)華1張效忠21（浙江省衢州市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)管理委員會(huì)辦事中心，浙江衢州324000）2（衢州學(xué)院建筑工程系，浙江衢州324000）摘　要:　本文通過(guò)對(duì)架橋機(jī)桁架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析,研究架橋機(jī)桁架結(jié)構(gòu)在工作時(shí)的結(jié)構(gòu)受力情況和穩(wěn)定性,主要利用有限元軟件Midascivil程序?qū)μ忑堃惶?hào)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)分析計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際檢測(cè)情況相吻合。關(guān)鍵詞：　桁架;動(dòng)態(tài)特性;有限元法;midascivilBasedonFiniteElementDynamicAnalysisofTrussStructureLiWeiHua1ZHANGXiaozh

2、ong21(AdministrativeofficeforManagementCommitteeofQuzhouEconomicDevelopmentZone,ZhejiangProvince.324000)2(WestBranchofZhejiangUniversityofTechnology,Quzhou324000)Abstract:Basedonthebridgingplanetrussstructuredynamicanalysisofplanetrussbridgestructureintheworkforceandstabilityofthesitua

3、tion,mainlythefiniteelementsoftwareMidascivilprocedureDragonbridgemachinestructureatstaticanddynamicanalysisofcalculationresultswereconsistentwiththeactualtest.Keywords:Truss;Dynamiccharacteristic;Finiteelementmethod;midascivil;1引言本文來(lái)源于架橋機(jī)桁架結(jié)構(gòu)測(cè)試項(xiàng)目，架橋機(jī)桁架結(jié)構(gòu)在工作時(shí)受到動(dòng)態(tài)反復(fù)荷載的作用，他的穩(wěn)定性直接影響架橋的速度和

4、質(zhì)量[1]。安全、經(jīng)濟(jì)、適用的桁架結(jié)構(gòu)是我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中追求的目標(biāo)，但是桁架結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)荷載的作用下往往出現(xiàn)斷裂、損傷等，對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析研究具有重要的意義。桁架的動(dòng)態(tài)性能直接關(guān)系到整個(gè)架橋機(jī)的運(yùn)行，其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性是十分重要的。同時(shí),在架橋過(guò)程過(guò)程中,整體系統(tǒng)始終處于動(dòng)態(tài)載荷作用之下,動(dòng)態(tài)載荷通過(guò)各部件的銜接傳遞到系統(tǒng)的各個(gè)部位,從而引起整體及局部的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。因此,為了設(shè)計(jì)出運(yùn)行穩(wěn)定、安全、可靠的桁架,必須分析計(jì)算桁架的靜、動(dòng)態(tài)特性。本文從滿足工程實(shí)際應(yīng)用出發(fā),利用大型有限元分析軟件midascivil完成了該桁架結(jié)構(gòu)的建模和靜、動(dòng)態(tài)特性的

5、分析計(jì)算。*本研究受到衢州市科技局科研項(xiàng)目的資助，項(xiàng)目編號(hào)：20091052作者簡(jiǎn)介：李衛(wèi)華（1977-），女，工程師，主要從事道路橋梁設(shè)計(jì)和施工研究。張效忠（1979-），男，講師，主要從事有限元分析的研究2有限元分析計(jì)算2.1有限元模型的建立實(shí)體建模應(yīng)盡可能地反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際形狀,并能作合理的簡(jiǎn)化,以建立符合結(jié)構(gòu)真實(shí)力學(xué)性質(zhì)的有限元模型[2]。本文所分析的桁架采用梁?jiǎn)卧?、桁架單元和板單元的組合結(jié)構(gòu)形式。所建立的結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖一所示。材料采用鋼材，彈性模量為200Gpa，泊松比為0.2，極限抗拉強(qiáng)度采用300Mpa。（a）整體模型(b)正視圖(c)俯視圖(d)節(jié)點(diǎn)大樣

6、圖圖一結(jié)構(gòu)的三維模型2.2動(dòng)力分析原理有限元?jiǎng)恿Ψ治龅膭?dòng)力方程式如下[3]：（1）其中：[M]為質(zhì)量矩陣，[C]為阻尼矩陣，[K]為剛度矩陣，u(t)為結(jié)構(gòu)的位移，為結(jié)構(gòu)的速度，為結(jié)構(gòu)的加速度，f(t)為荷載。在做動(dòng)態(tài)時(shí)程分析時(shí)，所有選項(xiàng)的設(shè)置都與動(dòng)力方程中各項(xiàng)的構(gòu)成和方程的求解方法有關(guān)，所以在動(dòng)態(tài)分析時(shí)，應(yīng)時(shí)刻聯(lián)想動(dòng)力方程的構(gòu)成去設(shè)置各選項(xiàng)。2.3模態(tài)分析為了進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)的時(shí)程分析，首先要計(jì)算出結(jié)構(gòu)的模態(tài)，根據(jù)模態(tài)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行加載步長(zhǎng)的計(jì)算[4]。模態(tài)分析的結(jié)果如表一、表二所示：表一特征值計(jì)算結(jié)果表表二陣型的參與質(zhì)量可見(jiàn)最大質(zhì)量為99.69%，取第12個(gè)模態(tài)作

7、為分析的時(shí)間步長(zhǎng)的參考依據(jù)。第十二個(gè)模態(tài)的周期為0.00127s，故時(shí)間步長(zhǎng)可以取0.0001s可以滿足精度要求。所以我們?cè)跁r(shí)程分析時(shí)以0.0001s為加載步長(zhǎng)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析。2.4結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析2.4.1加載桁架的受力主要是安裝在其上的設(shè)備重力,同時(shí)桁架的自重也需要考慮進(jìn)去,分為兩種典型工況,即水平狀態(tài)和豎直狀態(tài)[5]?？紤]到設(shè)備安裝的實(shí)際情況,將這些載荷換算成桁架兩端承受壓力和集中力。由于是動(dòng)態(tài)荷載，所以結(jié)構(gòu)所加的函數(shù)為動(dòng)態(tài)函數(shù)，加載具體見(jiàn)圖二所示。（a）瞬時(shí)沖擊力（b）工作過(guò)程的循環(huán)荷載圖二所加的時(shí)程荷載2.4.2分析設(shè)置本次動(dòng)態(tài)分析采用線性分析，分