基于有限元桁架結構動態(tài)分析研究

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1、基于有限元的桁架結構的動態(tài)分析研究李衛(wèi)華1張效忠21（浙江省衢州市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)管理委員會辦事中心，浙江衢州324000）2（衢州學院建筑工程系，浙江衢州324000）摘　要:　本文通過對架橋機桁架結構的動態(tài)分析,研究架橋機桁架結構在工作時的結構受力情況和穩(wěn)定性,主要利用有限元軟件Midascivil程序對天龍一號架橋機結構進行靜、動態(tài)分析計算,計算結果與實際檢測情況相吻合。關鍵詞：　桁架;動態(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引言本文來源于架橋機桁架結構測試項目，架橋機桁架結構在工作時受到動態(tài)反復荷載的作用，他的穩(wěn)定性直接影響架橋的速度和

4、質量[1]。安全、經(jīng)濟、適用的桁架結構是我們在設計的過程中追求的目標，但是桁架結構在動態(tài)荷載的作用下往往出現(xiàn)斷裂、損傷等，對桁架結構的動態(tài)分析研究具有重要的意義。桁架的動態(tài)性能直接關系到整個架橋機的運行，其強度、剛度和穩(wěn)定性設計計算的準確性是十分重要的。同時,在架橋過程過程中,整體系統(tǒng)始終處于動態(tài)載荷作用之下,動態(tài)載荷通過各部件的銜接傳遞到系統(tǒng)的各個部位,從而引起整體及局部的動態(tài)響應。因此,為了設計出運行穩(wěn)定、安全、可靠的桁架,必須分析計算桁架的靜、動態(tài)特性。本文從滿足工程實際應用出發(fā),利用大型有限元分析軟件midascivil完成了該桁架結構的建模和靜、動態(tài)特性的

5、分析計算。*本研究受到衢州市科技局科研項目的資助，項目編號：20091052作者簡介：李衛(wèi)華（1977-），女，工程師，主要從事道路橋梁設計和施工研究。張效忠（1979-），男，講師，主要從事有限元分析的研究2有限元分析計算2.1有限元模型的建立實體建模應盡可能地反映結構的實際形狀,并能作合理的簡化,以建立符合結構真實力學性質的有限元模型[2]。本文所分析的桁架采用梁單元、桁架單元和板單元的組合結構形式。所建立的結構模型見圖一所示。材料采用鋼材，彈性模量為200Gpa，泊松比為0.2，極限抗拉強度采用300Mpa。（a）整體模型(b)正視圖(c)俯視圖(d)節(jié)點大樣

6、圖圖一結構的三維模型2.2動力分析原理有限元動力分析的動力方程式如下[3]：（1）其中：[M]為質量矩陣，[C]為阻尼矩陣，[K]為剛度矩陣，u(t)為結構的位移，為結構的速度，為結構的加速度，f(t)為荷載。在做動態(tài)時程分析時，所有選項的設置都與動力方程中各項的構成和方程的求解方法有關，所以在動態(tài)分析時，應時刻聯(lián)想動力方程的構成去設置各選項。2.3模態(tài)分析為了進行結構的動態(tài)的時程分析，首先要計算出結構的模態(tài)，根據(jù)模態(tài)的計算結果進行加載步長的計算[4]。模態(tài)分析的結果如表一、表二所示：表一特征值計算結果表表二陣型的參與質量可見最大質量為99.69%，取第12個模態(tài)作

7、為分析的時間步長的參考依據(jù)。第十二個模態(tài)的周期為0.00127s，故時間步長可以取0.0001s可以滿足精度要求。所以我們在時程分析時以0.0001s為加載步長，進行結構的動態(tài)分析。2.4結構的時程分析2.4.1加載桁架的受力主要是安裝在其上的設備重力,同時桁架的自重也需要考慮進去,分為兩種典型工況,即水平狀態(tài)和豎直狀態(tài)[5]。考慮到設備安裝的實際情況,將這些載荷換算成桁架兩端承受壓力和集中力。由于是動態(tài)荷載，所以結構所加的函數(shù)為動態(tài)函數(shù)，加載具體見圖二所示。（a）瞬時沖擊力（b）工作過程的循環(huán)荷載圖二所加的時程荷載2.4.2分析設置本次動態(tài)分析采用線性分析，分