Детерминированный анализ металлических каркасов на динамические нагрузки высокой интенсивности

• Автор: Харланов, Владимир Леонтьевич
• Шифр специальности: 05.23.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 265 с. : ил.

Введение

ГЛАВА 1. Современное состояние теоретических и экспериментальных

исследований металлических каркасов на динамические воздействия

1.1. Экспериментальные исследования прочности и пластичности

металлических конструкций при различных видах нагружения

1.2. Анализ последствий сильных землетрясений

1.3. Основные этапы развития моделей нелинейных систем.

1.4. Методы решения уравнений движения

1.5. Модели тонкостенных стержней

1.6. Обзор теорий пластичности.

1.7. Методы определения напряжений и деформаций

упругопластического тела
1.8. Критерии надежности нелинейных систем.
1.9. Обзор программных систем
1 Выводы по первой главе.
ГЛАВА 2. Расчетная модель составного металлического стержня, учитывающая физическую нелинейность металла и влияние продольных
2.1. Основные положения теории течения.
2.2. Функция упрочнения
2.3. Методика определения жесткостных характеристик для
упрочняющегося материала в пластической стадии работы.
2.4. Определение модуля упругости замещающей системы.
2.5. Учет геометрической нелинейности
2.6. Критерии разрушения.
ГЛАВА 3. Теоретические положения детерминированного анализа
нелинейных систем на динамические воздействия.
3.1. Уточненное уравнение движения для металлических каркасов,
учитывающее физическую и геометрическую нелинейности
3.2. Формирование матрицы масс.
3.3. Формирование матрицы коэффициентов затухания
3.4. Задание динамической нагрузки.
3.5. Формирование расчетных динамических моделей.
3.5.1. Сокращение несущественных степеней свободы
3.5.2. Сокращение поступательных степеней свободы
3.6. Введение грунтового основания в динамическую модель.
3.7. Расчетные модели сейсмоизолированных систем.
ГЛАВА 4. Алгоритм ступенчатого детерминированного анализа
металлических каркасов
4.1. Общая схема решения.
4.2. Наборы элементов
4.3. Используемые алгоритмы линейной адгебры.
4.4. Функции формы.
4.5. Алгоритм определения жесткости пластинчатого элемента в упругой
линейной постановке
4.6. Алгоритм построения матрицы жесткости стержня в упругой стадии
работы.
4.7. Алгоритм расчета стержневой системы на статические нагрузки.
4.8. Алгоритм детерминированного динамического анализа
4.9. Определение оптимального количества конечных элементов,
моделирующих стержень.
4 Верификация программы в упругой стадии
. Верификация блока определения усилий и перемещений
от статической нагрузки.
. Верификация блока динамики
ГЛАВА 5. Сравнение с экспериментальными исследованиями и
существующими частными решениями.
5.1. Экспериментальные исследования.
5.1.1. Исследования трубчатых образцов
5.1.2. Балкастенка в условиях чистого изгиба .
5.1.3. Потеря устойчивости внецентренно сжатой стальной полосы.
5.1.4. Экспериментальные исследования фрагментов стальной рамы 6 5.2. Сравнение разработанного метода с другими известными
методами
5.2.1. Сравнение с методикой А. В. Геммерлинга
5.2.2. Двухмассовая система виброизолированного объекта.
5.2.3. Соударение двух зданий.
5.3. Сравнение с расчетом по нормам.
5.3.1. Расчет внецентренно нагруженной стойки на статические нагрузки
5.3.2. Расчет двухярусной стальной рамы на сейсмические воздействия.
5.3.3. Исследование стальной рамы на воздействие одиночного мпульса и сейсмические нагрузки с учетом податливости основания
5.3.4. Девятиэтажное панельное здание в упругой и нелинейной постановках.
ГЛАВА 6. Применение разработанных алгоритмов к численным
исследованиям металлических каркасов на динамические воздействия
6.1. Исследование стальной рамы на одиночный импульс
6.2. Реакция каркаса под вибростол в переходном режиме
6.3. Исследование влияния продольных сил и неупругих деформаций на
сейсмическую реакцию стального каркаса
6.4. Исследование влияния связей на сейсмическую реакцию
6.4.1. Двухмассовая система
6.4.2. Десятиэтажное рамносвязевое здание.
6.5. Исследование зданий смешанной конструктивной схемы на
сейсмические нагрузки.
6.5.1. Исследование системы железобетонный каркас легкая металлическая надстройка на нагрузки типа сейсмических
6.5.2. Здание с гибким нижним этажом без учета нелинейной работы жесткой части.
6.5.3. Жесткое здание с гибкими этажами при учете нелинейной работы жесткой части.
6.6. Пространственный стальной каркас
6.7. Численное исследование элементов сейсмоизоляции.
6.7.1. Сейсмоизоляция с сухим трением
6.7.2. Сейсмоизоляция с демпферами вязкого трения
Заключение
Приложение 1. Сравнение теорий пластического течения и малых
пластических деформаций.
Приложение 2. Текст главного модуля программы.
Библиографический список
ВВЕДЕНИЕ


Эти модели позволяют достаточно точно определить напряженнодеформированное состояние в любой точке стержня. Однако для учета неупругих деформаций при использовании таких стержней в реальных конструкциях требуются дополнительные исследования. Для определения жесткостных характеристик пластин, моделирующих тонкостенный стержень за пределом упругости необходимо применение любой из теорий пластичности. Поэтому выбор той или иной теории не является принципиальным вопросом. В настоящее время известно по крайней мере четыре группы теорий теории пластического течения, деформационные теории малых пластических деформаций, эндохронная теория и теории, использующие в той или иной степени уравнения термодинамики. Строго говоря, последняя группа теорий не является самостоятельной и используется в основном в сочетании с эндохронной теорией или с теориями пластического течения. Так как металлы являются упрочняющимися материалами, то в дальнейшем изложении будут рассматриваться теории применительно к упрочняющимся материалам. Теория пластического течения , , 7, 2, 7, старейшая из перечисленных, связывает скорости пластических деформаций со скоростями напряжений. При этом мгновенная поверхность текучести, согласно постулату Друкера 2, должна быть выпуклой и векторы пластических скоростей деформаций должны быть ортогональны к этой поверхности. Для упрочняющихся тел в рамках этой теории применяются следующие основные теории упрочнения кинематическая, изотропная, скольжения. Закон изотропного упрочнения предполагает, что поверхность текучести увеличивается равномерно во все стороны при росте напряжений выше предела упругости. При этом форма поверхности текучести не изменяется. Кинематическое упрочнение предполагает передвижение поверхности текучести как жесткого тела. Форма поверхности текучести и ее размеры остаются неизменными. В теории скольжения с ростом напряжения меняются как размеры, так и форма поверхности текучести. Теория скольжения , , 7 не нашла широкого применения ввиду сложности уравнений, описывающих закон течения. При разгрузке образца, когда напряжение достигает величины больше предела текучести, возможны два крайних случая. Баушингера. Вторым случаем будет изотропное упрочнение. Согласно этой теории механизм, вызывающий упрочнение действует одинаковым образом, как при растяжении, так и при сжатии. Упругая область разгрузки в этом случае соответствует удвоенному напряжению, достигнутому до разгрузки. Компромиссной является теория, в которой предполагается, что предел текучести остается постоянным и равным начальному независимо от меры упрочнения. Линейная комбинация двух крайних случаев дает несколько промежуточных критериев. Экспериментальные данные не отдают предпочтения той или иной теории упрочнения . Теория малых пластических деформаций , является частным случаем теории пластического течения. В этой теории устанавливаются зависимости между полными деформациями и напряжениями. Основной недостаток деформационной теории, особенно подчеркиваемый ее критиками , 0, заключается в неоднозначности между деформациями и напряжениями в стадии разгрузки. Однако, ввиду простоты математических соотношений, деформационная теория нашла широкое применение в некоторых частных случаях. Следует отметить, что несмотря на свое название теория малых пластических деформаций, ограничение на применение этой теории накладывает не величина деформаций, а сложность процесса нагружения . Термины малые и большие деформации весьма условны и в разных приложениях имеют разный смысл. В физике твердого тела термином малые пластические деформации обозначаются деформации при которых не происходит структурного изменения металла 5. Соответственно большие или развитые пластические деформации предполагают структурные изменения разориентация кристаллов, появление дисклинаций и дислокаций и т. Разграничение между двумя типами определяется не абсолютной величиной относительных деформаций, а множеством факторов температурой, размерами образца, кристаллографической ориентацией и т.