薄壁箱梁考虑剪力滞效应的动力有限段法

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以薄壁杆理论和有限元法为基础,提出了薄壁箱梁考虑剪力滞效应动力分析的有限段法。结合能量泛函变分原理,建立了一套适合于薄壁箱梁剪力滞效应的动力分析理论和计算方法,探讨了剪力滞效应在动力问题中的变化规律。进一步丰富和完善了薄壁箱梁的动力理论体系,为薄壁箱梁剪力滞动力计算提供了一条有效途径。本文的主要成果如下:1.基于有限元理论,取微分方程齐次解为位移模式,获得了初等梁梁段单元有限段法的形函数,建立了初等梁的自由振动方程,并与解析解作了对比,同时探讨了收敛速度以及两种边界条件约束方法。本文方法具有收敛快、精度高等优点,可以方便的获得复杂结构的自振频率和振型。2.以Hamilton能量原理为基础,提出了薄壁箱梁考虑剪力滞效应的动力有限段法,以剪力滞微分方程齐次解作为梁段单元的位移模式,推导了薄壁箱梁自由振动方程,获得了考虑剪力滞效应的梁段单元的刚度矩阵和质量矩阵,通过矩阵组合,将箱梁自振频率转化为广义特征值问题,求解得到自振频率和相应振型。3.以有限段法和能量原理为基础,建立了薄壁箱梁考虑剪力滞效应的强迫振动平衡方程,获得了离散后的动荷载矩阵,通过直接积分法,解出了在强迫振动下薄壁箱梁考虑剪力滞效应的位移、应力、剪力滞系数的时程变化。该方法可以方便地纳入普通梁杆单元程序系统,适合于变截面箱梁、连续箱梁和悬臂梁等复杂结构剪力滞动力响应分析。4.基于有限元技术,采用Ansys通用有限元软件,分别取Beam单元和Shell单元建立了薄壁箱梁有限元模型,计算了箱梁的动力特性和动力响应,通过与本文计算结果的对比,验证了本文方法的正确性。5.结合薄壁箱梁受力特性和结构特征,对影响剪力滞效应的各参数进行了分析,进而研究了剪力滞效应对动力特性和动力响应的影响规律。获得了一些有意义的结论,可供工程设计参考。
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