轴压作用下椭圆形钢管的稳定性能研究

摘要

椭圆形钢管具有优美的外观和优良的结构性能，引起了许多工程师和建筑师的关注。但是目前仍然缺乏针对椭圆形钢管的指导性设计方法，从而制约了它在建设领域内更为广泛的应用。本文通过试验研究和数值模拟方法对轴压作用下椭圆形钢管的稳定性能进行了研究。
　　本研究主要内容包括：⑴通过特征值屈曲分析对椭圆钢柱的局部屈曲模态和整体屈曲模态进行了研究。在局部屈曲模态研究中，分析了长短轴比和壁厚对其模态形状的影响，对已有的临界屈曲应力计算公式做了分析及比较。在整体屈曲模态研究中，基于大量的数值分析结果，拟合了回转半径计算公式及相应的临界屈曲应力公式。⑵设计并实施了薄壁椭圆形短柱的轴压试验，研究了椭圆截面长短轴比对其稳定性能的影响。基于ABAQUS建立了考虑几何、材料双重非线性的数值模型，对各试验试件进行了有限元模拟。由于椭圆形柱轴压失稳呈现出多模态屈曲的特点，本文采用改进一致缺陷模态法，通过对椭圆柱分别施加不同屈曲模态找到不利缺陷分布形式，并通过试验结果验证了数值模型的有效性。⑶通过参数分析考察了椭圆截面长短轴比、等效径厚比和缺陷幅值对轴压薄壁椭圆短柱稳定性能的影响。基于国内外钢结构设计规范，引入等效直径法，使现有规范中的圆形截面分类和圆柱壳承载力计算方法能够适用于轴压薄壁椭圆形短柱的截面分类和承载力设计。⑷对于轴压作用下的椭圆长柱，基于欧洲规范稳定系数设计公式，采用本文提出的椭圆截面回转半径公式将现有的圆形截面稳定系数公式转化为椭圆形截面的稳定系数计算公式，并将公式计算结果与有限元结果进行比较，显示公式计算结果是准确可靠的。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．3 研究方法

1．3．1 理论研究方法

1．3．2 试验研究方法

1．3．3 数值模拟研究方法

1．4 本文主要研究内容

第二章 特征值屈曲分析

2．1 概述

2．2 有限元模型

2．3 屈曲模态类型

2．4 局部屈曲模态

2．4．1 局部屈曲模态形状

2．4．2 临界屈曲应力

2．5 整体屈曲模态

2．6 本章小结

第三章 轴压薄壁椭圆短柱的试验研究及有限元模拟

3．1 概述

3．2 试验试件

3．2．1 试件设计与制作

3．2．2 几何参数及初始几何缺陷的测量

3．3 材性试验

3．4 轴压试验

3．4．1 试验装置和测点布置

3．4．2 加载方式

3．4．3 试验现象和结果

3．5 有限元模型

3．5．1 单元类型及网格划分

3．5．2 数值模型的材料属性

3．5．3 边界条件

3．5．4 分析方法

3．6 初始几何缺陷分布模拟

3．7 试验试件的有限元模拟

3．8 本章小结

第四章 轴压薄壁椭圆短柱的稳定性能

4．1 概述

4．2 轴压薄壁椭圆短柱稳定性能的参数分析

4．2．1 长短轴比及等效径厚比的影响

4．2．2 缺陷敏感性

4．3 截面分类

4．4 欧洲钢壳体稳定设计规范及建议

4．5 本章小结

第五章 轴压椭圆长柱的稳定性能

5．1 概述

5．2 边缘纤维屈服准则

5．3 中、欧钢结构设计方法及设计公式的修正

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献