自动元胞机理论在交错桁架结构动力仿真试验中的应用研究

摘要

钢结构交错桁架体系是一种经济、实用、高效的新型钢结构体系。目前,国内外学者对这种体系进行了一系列的理论分析,在国外也有了不少工程实践。本文的工作是分析该结构体系在动力荷载作用下的破坏特征,并用自动元胞机理论对其进行计算机仿真。
　　 传统的动力学求解过程中,其核心步骤是数学模型(即微分方程)的建立以及求解该微分方程从而得到结构的动力响应。但工程实际问题往往很复杂,得到其解析解非常困难,因此在实际计算中,往往要借助于数值计算方法以获得近似解。受存储容量和无法并行计算等问题的制约,现有的数值计算方法,如有限元法、差分法等在大型结构动力问题的求解过程中也遇到障碍。本文在分析结构动力问题本质的基础上,将一种新的理论,即自动元胞机理论引入桁架结构的动力分析中,它将结构的整体分析变成局域分析,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡。它对计算机容量要求极低,适用于未来并行机的要求,是一种极富发展潜力的解决结构动力问题的方法。
　　 本文在研究桁架结构动力特性的基础上,建立了桁架结构自动元胞机模型。该模型中,通过增加附加节点并随机扰动的方法来模拟杆件的初始几何缺陷；引入节点幻化的概念,用多根模型杆件来代替实际杆件,从而有效的表现了杆件在动力荷载作用下的损伤。
　　 本文深入研究了桁架结构自动元胞机模型中的参数对仿真结果的影响,如:附加节点扰动值对结构弹性模量和承载力的影响；模型杆件弹性模量和实际杆件弹性模量关系分析；材料阻尼系数对结构振动特性的影响等。分析表明,通过变化模型中的参数,可以模拟多种工况下桁架结构的动力行为。最后,本文将该模型应用于真实交错桁架结构试验进行仿真,说明所建立模型在模拟桁架结构动力特性方面的有效性。