圆孔蜂窝梁的屈曲性能分析

摘要

蜂窝梁因优越的性能，良好的经济效益以及美观的外形而广泛应用于工业和民用建筑中。对于焊接的蜂窝梁，为充分利用材料的强度与刚度，常将腹板和翼缘做得宽而薄。当翼缘和腹板选得过于宽而薄，将容易发生局部屈曲，这种现象在腹板上开有孔洞时表现得尤为突出。由于腹板的局部失稳常常决定了蜂窝梁截面的承载力，所以对蜂窝梁的屈曲问题研究就显得十分必要。 本文以无孔工字梁的屈曲计算理论为基础，运用有限元软件ANSYS和人工神经网络精确算法对圆孔蜂窝梁局部和整体的屈曲问题展开研究。给出了中心开有圆孔腹板在不同边界条件下，在纯弯、纯剪和均布荷载作用下的屈曲性能以及蜂窝梁的临界载荷计算方法。论文首先探讨了腹板的开孔参数和腹板的宽高比对开孔腹板屈曲因数的影响，然后分析了翼缘对腹板的弹性约束对开孔腹板屈曲因数的影响。针对开孔腹板的屈曲因数，按照开孔腹板屈曲情况的计算思路，将开孔腹板简化为四边简支的开孔矩形板，考虑了圆孔蜂窝梁腹板的开孔参数和宽高比对屈曲因数的影响，拟合了屈曲因数与腹板开孔参数和宽高比的函数关系式。以相同思路拟合出四边固支和上下两边固支、左右两边简支等情况的屈曲因数与开孔腹板开孔参数和宽高比的函数关系式。在开孔腹板屈曲性能研究的基础上，建立了完整的蜂窝梁模型，分析了翼缘与开孔腹板的弹性约束因数随开孔参数和宽高比的变化规律，拟合出弹性约束因数随开孔参数和宽高比变化的函数关系式。在分析开孔腹板屈曲因数的基础上，针对开孔腹板的高厚比，按照腹板不发生屈曲的应力条件，引入开孔腹板受翼缘约束作用的嵌固因数，推导出开孔腹板的高厚比限值。运用ANSYS软件针对固定长度的蜂窝梁进行线性和非线性有限元分析，计算了不同的开孔直径，孔边距条件下蜂窝钢梁的临界载荷和挠度。基于高精度人工神经网络精确算法，建立了以宽高比和开孔参数为输入，以屈曲因数为输出的蜂窝梁腹板屈曲分析的神经网络插值算法，通过标准样本计算，获得了蜂窝梁腹板屈曲因数的插值精确计算公式，解决了任意开孔参数和宽高比下的蜂窝梁腹板屈曲因数计算问题。建立了以孔边距和开孔直径为输入，以临界载荷和挠度为输出的蜂窝梁整体屈曲问题的神经网络精确插值计算公式，标准样本的计算表明了精确的拟合精度，通过待检样本插值分析与有限元结果对比，表明所建立插值方法的可行性。本文分析方法为蜂窝梁结构问题的设计与进一步研究提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 板的稳定理论

第三章 蜂窝梁腹板屈曲分析

第四章 蜂窝梁在均布荷载作用下的屈曲分析

第五章 基于人工神经网络的蜂窝梁屈曲精确插值分析

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

作者简介、作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文