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杆系结构动力稳定性实用判别准则

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第一章绪论

§1.1弹性系统的稳定性

§1.1.1弹性系统稳定性的定义和分类

§1.1.2弹性系统稳定性研究的历史回顾

§1.1.3结构静力稳定性的判别准则概述

§1.2结构工程领域动力稳定性理论的研究概况

§1.2.1一般结构的动力稳定性研究概况

§1.2.2空间杆系结构的动力稳定性研究概况

§1.2.3动力稳定性判别准则概述

§1.3本文构想和思路

§1.4本文的研究内容

参考文献

第二章非线性力学模型的静力稳定性

§2.1概述

§2.2侧支倒臂模型的静力稳定性

§2.2.1静力平衡方程

§2.2.2静力平衡路径

§2.2.3模型的总势能

§2.3双自由度侧支倒臂模型的静力稳定性

§2.3.1静力平衡方程

§2.3.2静力平衡路径

§2.3.3模型的总势能

参考文献

第三章非线性保守系统的动力稳定性能量判别准则

§3.1概述

§3.2动力稳定判别准则的目标

§3.3结构动力稳定条件

§3.3.1一般单自由度保守系统的动力稳定条件

§3.3.2侧支倒臂模型的动力稳定条件

§3.3.3侧支倒臂模型的动力稳定临界条件

§3.4动力稳定性能量判别准则

§3.5动力稳定性能量判别准则的应用要点

参考文献

第四章保守系统动力稳定性能量判别准则的验证

§4.1概述

§4.2龙格-库塔数值方法

§4.2.1单自由度龙格-库塔数值方法

§4.2.2多自由度龙格-库塔数值方法

§4.3侧支倒臂模型非线性自由振动问题的解析解

§4.4侧支倒臂特例解析解与数值解比较

§4.5动力稳定性能量判别准则的验证

§4.5.1侧支倒臂动力稳定判别准则验证

§4.5.2双自由度侧支倒臂动力稳定判别准则验证

§4.5.3小结

§4.6拟静力刚度准则的讨论

参考文献

第五章动力稳定判别准则在非自治系统中的推广和应用

§5.1概述

§5.2动力稳定能量判别准则的推广

§5.2.1典型现象

§5.2.2推广

§5.3外部激振临界加速度幅值的估算

参考文献

第六章动力稳定性能量判别准则的有限元法

§6.1概述

§6.2小位移有限元计算模型

§6.2.1基本假设和单元矩阵

§6.2.2结构动力平衡方程

§6.2.3结构静力平衡方程

§6.3大位移非线性有限元分析

§6.3.1随动坐标列式的有限元模型

§6.3.2随动坐标列式的迭代法步骤

§6.4结构静力非线性方程的求解技术

§6.4.1 Newton-Raphson方法

§6.4.2逐步搜索法求临界荷载

§6.4.3迭代收敛准则

§6.5结构静力平衡路径的跟踪技术

§6.5.1弧长法控制的迭代过程

§6.5.2约束曲线的构造及迭代步的细化

§6.5.3弧长及荷载增量因子的调整方法

§6.5.4临界点附近的处理

§6.6结构动力非线性分析方法

§6.7结构动力稳定性能量判别准则

§6.7.1能量判别准则

§6.7.2能量判别准则的运用

参考文献

第七章杆系结构非线性动力稳定性分析程序

§7.1概述

§7.2程序简介

§7.3程序功能模块及主要流程图

§7.3.1程序功能模块

§7.3.2主要流程

§7.4程序编制说明

§7.4.1程序主要类及相互关系

§7.4.2重要类函数说明

第八章考题和算例

§8.1考题

§8.1.1考题1-起重机吊臂静力分析

§8.1.2考题2-正方形闭合框架静力分析

§8.1.3考题3-浅桁架拱静力平衡路径跟踪

§8.2算例

§8.2.1算例1-浅桁架拱的动力稳定性分析

§8.2.2算例2-Williams刚架动力稳定性分析

§8.2.3算例3-双自由度桁架拱模型动力稳定性分析

参考文献

第九章总结及展望

§9.1总结

§9.2展望

附录A单自由度力学模型的非线性静力和动力平衡方程

A.1侧支倒臂模型

A.2浅桁架拱

参考文献

附录B双自由度侧支倒臂非线性静力和动力平衡方程

B.1 建立动力和静力平衡方程

B.2特例情况平衡方程的简化

B.3初值问题的动力计算

参考文献

附录c侧支倒臂模型动力稳定临界条件的推导

附录D杆系结构非线性动力稳定性分析程序输入文件格式说明

致谢

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摘要

结构的动力稳定性问题是结构工程领域中十分活跃的研究课题.该文提出了一种基于结构总能量(势能+动能)的动力稳定性实用判别准则.这一准则适用于具有屈曲后不稳定平衡路径的杆系结构.首先,该文从最简单的单自由度保守结构的非线性自由振动模型出发,通过数学力学推导,得出了一种同时适用于结构静力稳定性和动力稳定性问题的能量判别准则.该准则基于结构总能量,实现了结构静力稳定性判别到动力稳定性判别的自然过渡.主要步骤如下:(1)在某一静力荷载作用下,确定结构在不稳定屈曲后平衡路径上的平衡位置,计算此时对应的结构势能,以此作为结构动力失稳临界总能量.(2)在相同的静力荷载作用下,计算或估算结构在自由振动过程中的总能量最大值,将其与临界总能量比较,来判断结构是否丧失了动力稳定性.接着,把该准则推广到在冲击荷载、简谐荷载和随机荷载等外部激励作用下的结构动力稳定性判别.该文还提出了一种估算给定波形外部激励荷载临界振幅的实用计算方法.在此外部激励荷载作用下,结构处于动力失稳的临界状态.应用这一计算方法,通过对结构进行少数次的动力时程分析就可以估算出临界振幅.最后,该文根据杆系有限元理论,结合了该文提出的能量准则,编制了相应的杆系结构非线性动力稳定性分析程序.此程序可以对杆系结构进行静力线性和非线性分析,静力平衡路径跟踪,动力线性和非线性时程分析.对几个典型的算例进行了计算分析,验证了该文基本理论和分析程序的正确有效性.

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