1714_RRR平面連桿機構的動態(tài)仿真1

1714_RRR平面連桿機構的動態(tài)仿真1,_rrr,平面,連桿機構,動態(tài),仿真 對半剛性連接鋼架的非線性有限元分析王新武，洛陽理工學院摘要：在實踐中連接鋼框架實際顯示半剛性變形，可以大大促進結構的整體性能和生產(chǎn)力布局。所以研究半剛性連接鋼框架性能是非常必要的?？紤]材料組織，幾何和材料非線性，剛度，矩陣方程，提出并分析鋼考慮半剛性程度，幾何非線性和材料非線性相框方案已在Fortran 編譯這個文件。使用此方案半剛性連接架二維非線性有限元程序能得到正確執(zhí)行。內(nèi)力和半剛性連接鋼框架水平位移進行計算后，對其承載能力進行討論，分析結果與鋼結構設計規(guī)范的產(chǎn)品進行相比，對結構的極限強度分析后，消除了崩潰特征與塑性鉸的出現(xiàn)，它是對半剛性連接鋼框架結構設計提出合理建議。最后，本文分析了頂點的搖晃與在鋼框架內(nèi)力的頂點關節(jié)活動影響，從而得到結論。 關鍵詞：鋼框架，半剛性節(jié)點，塑性鉸，非線性分析，有限元1.介紹梁柱連接是一個鋼框架的整體結構，并且他們的行為影響了它在載荷下的總體表現(xiàn)。在 1994 年的北嶺地震期間鋼焊接的脆弱性在強大的循環(huán)載荷下被徹底的證實了。從那以后，大量的連接已經(jīng)為高分辨率地震區(qū)的鋼框架提出了改造和新設計。在那些提議中大多都是那些有高強度的螺栓。那些連接類型提供了諸如低花費，簡單切方便的安裝程序以及好的控制質(zhì)量等一些優(yōu)點，因為 field-welding 是在惡劣環(huán)境中最不受歡迎的連接。許多研究已經(jīng)致力于鋼結構框架的非線性彈性分析，正如文章《Attallaet》,《Chen et al》 ， 《Galambos》中所著。在這些文中，諸多分析方法包括二階響應，半剛性連接和材料的非線性等都被引用在內(nèi)。2 鋼架的非線性影響2.1 半剛性連接鋼架剛度的非線性的影響（1）梁柱連接的分析模型當半剛性連接被用于梁的末端，在鋼架的分析中有較強剛度的扳手彈簧便取代了梁柱連接，如圖 1：圖 1 半剛性連接的構件的結構在圖 1 中, θ AθB是梁端關節(jié)區(qū)角度的正切，θ RAθRB梁和柱相關的角度。彈簧的剛度是通過連接的 M-θR的關系確定的。在過去，許多 M-θR連接的關系都是通過許多半剛性連接的測試而確定的，就像文章《Chen et al》中提到的一樣。為了方便的應用，M-θ R的關系模型應該選擇的精確、簡單并且直接，因此，在《Kishi-Chen》這篇文章中函數(shù)M-θR 模型的選擇方法如公式（1）（2）半剛性連接部件的剛度矩陣當導出半剛性連接構件的剛度矩陣的時候，梁末端的角度僅僅伴隨著忽視位移而被考慮。梁兩末端的彈簧的剛度分別是 RA 、R B ，θ 1=θA+θRA , θ2=θB+θRB ,A、B 之間的距離為 L，所以，這個結果定義如下：彈簧：由公式（1）---(4),M A和 MB 分別為其中，由此可得，當 RA 、 R B 均趨于無窮大時，連接的剛度是剛性的。當考慮梁末端的相對位移時，構件兩末端的軸向位移分別為 u1和 u2 ，部件末端的橫向位移分別為 v1和 v2 ，因此：構件末端軸向應力：構件末端力矩：構件末端剪應力：由公式（2）--(13),半剛性連接構件的結構剛度矩陣是由公式（14）而導出的：2.2 半剛性連接鋼架的幾何非線性影響二階效應包括橫向位移關于垂直力的影響（P-△）和構件撓度關于軸向力的影響（P-δ） 。結構的變形將會帶來附加內(nèi)力，同時這個附加內(nèi)力也會導致結構變形，就這樣不斷地重復。二階效應一直以來對鋼架的穩(wěn)定性造成不利的影響。尤其是對于那些有很多層次和那些抗側剛度不足的鋼架，他的影響是更顯而易見的。當鋼架是由計算機考慮二階效應的時候，幾何剛度矩陣應該結合在單元剛度矩陣中 Gallagher 和 Padlog 提出了如下的一個幾何剛度矩陣：其中，P 為構件的軸向應力，當軸向應力是拉應力時，P 為正值。這個單元剛度矩陣考慮半剛性連接和二階效應為：2.3半剛性連接鋼架的非線性材料的影響為了簡單地進行鋼架分析，它規(guī)定所用材料限制在塑料材料類的構件的屈服區(qū)域。換句話說，所用材料的所有截面都含有雙線性的理想的力矩—曲率的彈塑性關系。當截面的力矩低于塑料材料截面的力矩 MP時，截面就表現(xiàn)除了彈性的特性。一旦截面的力矩超出了塑料材料截面的力矩，塑性鉸就會起作用并且更多的力矩將不會被截面提供。當結構必須承受被帶來的更多載荷的時候，它規(guī)定截面力矩要等于常數(shù)塑料材料的力矩 MP .那樣，鉸接的旋轉(zhuǎn)就產(chǎn)生了。帶有塑料鉸的梁柱的構件末端載荷增量的關系如下面的公式 16 所示：3 計算實例 3.1 計算程序鋼架的分析程序考慮到半剛性連接，幾何非線性和材料非線性已經(jīng)被編譯于《公式翻譯語言》這本書中。這個程序包括一些子程序。一個是半剛性連接構件的單元剛度矩陣，在承受載荷的時候，矩陣中的每一個因素都應該根據(jù)所選擇的連接的 M-θR 的關系而改變；另一個是幾何剛度矩陣，主要考慮由于橫向位移關于垂直力的影響（P-△）導致每一個單元的內(nèi)應力和位移的變化。這個矩陣應該以每一次載荷增加之后鋼架的變形為基礎，一步一步的變化。幾何剛度矩陣考慮到半剛性連接的特性，并且隨著連接的剛度而改變。 ，同時，塑性鉸接理論也用于這個程序，構件末端力矩和塑性力矩作比較，一旦截面力矩超出了這個塑性力矩，塑性鉸接便產(chǎn)生了。構件的內(nèi)應力就重新分配了。3.2 計算實例用上面的程序，分析一個有兩個跨度和四個趁此的鋼架。圖 3—6 中包含了載荷的分布，單元節(jié)點的分布和力矩及一些其他因素的分布。 《Kishi-Chen》中 M-θR的關系模型被采用來模擬連接的特性，并且這個連接類型是頂--座和網(wǎng)格角度的連接。表格一 鋼架的物理參數(shù) 圖三：單元和節(jié)點的分布 圖四：載荷的分布圖五：鋼架的力矩 圖六：半剛性鋼架的力矩和二階效應表格二 內(nèi)應力和位移的比較由表格二，可以看出，半剛性連接的梁跨中力矩比剛性連接的梁跨中的力量舉要更大。半剛性連接兩末端的力矩通常要比剛性連接的梁末端的力矩小一些?？紤]到半剛性連接和二階效應，柱底端和鋼架的邊緣的力矩會明顯的增加。那是因為半剛性連接消弱了梁末端的限制并同時擴大了二階效應對鋼架的影響。在程序的計算過程中，二階效應和半剛性連接都被考慮在內(nèi)，橫向應力 H 和連接的類型是相關的。但是，在設計代碼計算時，橫向應力 Hmi被假設為根據(jù)剛性連接柱底端的旋轉(zhuǎn)角度的 1/200。H mi要跟大一些，并且不能夠正確地反映二階效應，因此，鋼架的邊緣和內(nèi)應力很少用于設計代碼。二階效應的程度隨著半剛性連接的改變而改變。當連接的剛度變小的時候，鋼架的邊緣會更重。4 結論半剛性連接的梁跨中的力矩比剛性連接的梁跨中的力矩要大一些。半剛性連接梁末端的力矩通常要比剛性連接梁末端的力矩要小一些。考慮到半剛性連接和二階效應，鋼架柱底端和鋼架的邊緣的力矩會明顯的增加。二階效應的程度是隨著半剛性連接的改變而改變的。當連接的剛度變小的時候，鋼架的邊緣會更重。