• ISSN 0258-2724
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基于直接刚度法的三段刚度压杆非线性分析

张俊星 许晶 王宏志

张俊星, 许晶, 王宏志. 基于直接刚度法的三段刚度压杆非线性分析[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(6): 1173-1178, 1186. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.012
引用本文: 张俊星, 许晶, 王宏志. 基于直接刚度法的三段刚度压杆非线性分析[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(6): 1173-1178, 1186. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.012
ZHANG Junxing, XU Jing, WANG Hongzhi. Non-Linear Analysis of Three-Segment Stiffness Compressive Bar Based on Direct Stiffness Method[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(6): 1173-1178, 1186. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.012
Citation: ZHANG Junxing, XU Jing, WANG Hongzhi. Non-Linear Analysis of Three-Segment Stiffness Compressive Bar Based on Direct Stiffness Method[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(6): 1173-1178, 1186. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.012

基于直接刚度法的三段刚度压杆非线性分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.012
详细信息
    作者简介:

    张俊星(1991—),女,硕士,研究方向为结构工程,E-mail: 18010128144@163.com

    通讯作者:

    许晶(1985—),女,讲师,研究方向为结构工程,E-mail: xujing@cau.edu.cn

  • 中图分类号: TU348

Non-Linear Analysis of Three-Segment Stiffness Compressive Bar Based on Direct Stiffness Method

  • 摘要: 为分析考虑二阶效应的分段刚度压杆内力及位移,根据位移控制方程,建立了变刚度压杆位移和转角方程;根据杆端位移边界条件和变刚度截面处连续条件,得到了位移系数;根据压杆内力方程,建立了以矩阵形式表达的刚度平衡方程,变换得到了变刚度压杆刚度矩阵模型. 将本模型用于分段刚度压杆分岔失稳临界荷载计算,并与解析解、插值形函数单元模型结果进行对比与分析,验证了模型的精度和效率. 结果表明:采用插值形函数法计算压杆临界荷载时,若只划分一个单元,其计算结果与理论解的相对误差最高可达43.24%,随着划分单元数量增加,相对误差降为0.023%;采用基于直接刚度法得到的变刚度压杆单元刚度矩阵计算压杆临界荷载时,只需划分一个单元,即可保证计算结果与理论解一致,该矩阵可用于压杆的非线性分析中,得到压杆内力及位移的精确解.

     

  • 图 1  分段刚度压杆局部坐标系及参数正方向

    Figure 1.  Local coordinate system and parameter positive direction of segmented stiffness compressive bar

    表  1  压杆临界荷载计算结果对比

    Table  1.   Comparison of calculated buckling loads of compressive bar

    构件类型 理论解/MN 直接刚度法 整体插值形函数法
    临界荷载/MN 误差/% 临界荷载/MN 误差/%
    简支压杆 5.522 6 5.522 6 0 7.692 7 39.29
    悬臂压杆 0.858 3 0.858 3 0 1.229 5 43.24
    一端固支一端铰支杆 11.990 6 11.990 6 0 17.148 8 43.02
    一端固支一端滑动杆 3.850 3 3.850 3 0 4.168 6 8.27
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    表  2  不同单元数量下压杆临界荷载对比

    Table  2.   Buckling load of bar with different numbers of element

    约束情况 理论解 /MN 直接刚度法 经典插值形函数法
    单元数/个 临界荷载/MN 误差/% 单元数/个 临界荷载/MN 误差/%
    简支压杆 5.522 6 1 5.522 6 0 6 5.522 9 0.005
    悬臂压杆 0.858 3 1 0.858 3 0 9 0.858 1 0.023
    一端固支一端铰支杆 11.990 0 1 11.990 0 0 9 11.993 0 0.020
    一端固支一端滑动杆 3.850 3 1 3.850 3 0 9 3.850 7 0.010
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    陆念力,张宏生. 计及二阶效应的一种变截面梁精确单元刚度阵[J]. 工程力学,2008,25(12): 60-65

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    MA Chuansheng, Wan Wen. A precise analysis method for free vibration characteristics of chimneys[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 1999, 34(5): 518-523
    陈万吉. 单变量有限元的新思考:精华直接刚度法[J]. 计算结构力学及其应用,1993,10(4): 363-368

    CHEN Wanji. New ideology of the single variable model:the refined direct stiffness method[J]. Computational Structural Mechanics and Applications, 1993, 10(4): 363-368
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    CHEN Wanji. Refined direct stiffness method and the nonconforming models[J]. Computational Structural Mechanics and Applications, 1995, 12(2): 127-132
    LIN T H, PIAN T H H. Theory of inelastic structures[J]. Journal of Applied Mechanics, 1969, 36: 383
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  • 收稿日期:  2017-10-30
  • 刊出日期:  2018-12-01

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