基于細觀尺度模擬的復(fù)雜節(jié)點應(yīng)力場估計方法.pdf

1、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點連接桿件多，且桿件尺寸、角度等不同，造成節(jié)點在結(jié)構(gòu)承受荷載時的受力較為復(fù)雜，且一個節(jié)點的失效會引起與其相連的桿件內(nèi)力變化甚至失效，從而影響結(jié)構(gòu)的局部甚至整體安全。在實際工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中，無法布置足夠數(shù)量的傳感器跟蹤節(jié)點的應(yīng)力場變化，且傳感器僅能獲得其所在位置的局部信息，同時由于安裝位置受限，某些不利位置無法安裝傳感器。然而，細觀尺度模擬可以對節(jié)點在內(nèi)力作用下的應(yīng)力場進行較為精確的模擬，獲取節(jié)點的應(yīng)力場分布。因此，有

2、必要運用細觀尺度模擬和應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)對節(jié)點的應(yīng)力場進行估計。本文以珠海歌劇院貝殼鋼結(jié)構(gòu)的焊接箱型節(jié)點為背景，提出基于細觀尺度模擬的復(fù)雜節(jié)點應(yīng)力場估計方法。
　　建立基于細觀尺度模擬的節(jié)點應(yīng)力場估計方法。給出細觀尺度模型中的監(jiān)測數(shù)據(jù)模擬值表達方法，分析多尺度有限元模型中由于不同尺度界面連接造成的應(yīng)力失真區(qū)寬度并給出確定方法，實現(xiàn)復(fù)雜節(jié)點細觀尺度模型的建立。提出基于細觀尺度模擬的節(jié)點應(yīng)力場估計方法，獲取應(yīng)力變化矩陣，建立節(jié)點的荷載邊界條

3、件與應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，進而估計荷載邊界條件，實現(xiàn)節(jié)點應(yīng)力場的獲取。以一連接四根構(gòu)件的焊接箱型節(jié)點為例，驗證所提方法的可行性。
　　研究節(jié)點應(yīng)力場估計方法的影響因素。通過定義應(yīng)力變化矩陣行向量范數(shù)和條件數(shù)，提出應(yīng)力變化矩陣病態(tài)程度的判定方法。通過給定不同的傳感器整體空間分布位置和傳感器在桿件上的局部布置位置改變應(yīng)力變化矩陣中行向量的相關(guān)性及數(shù)據(jù)數(shù)量級之間的差距，分析應(yīng)力變化矩陣的條件數(shù)和荷載邊界條件估計結(jié)果。通過對比分析，驗證

4、應(yīng)力變化矩陣判定方法的合理性。
　　研究基于傳感器個數(shù)縮減的應(yīng)力場估計方法。根據(jù)應(yīng)力變化矩陣中元素的大小關(guān)系，提取對應(yīng)力絕對貢獻率較低的節(jié)點內(nèi)力，對其進行縮減，從而實現(xiàn)傳感器個數(shù)縮減；提出基于廣義逆矩陣的應(yīng)力場估計方法，給定不同的傳感器縮減個數(shù)，通過最小范數(shù)解求取并估計節(jié)點應(yīng)力場。通過縮減不同的內(nèi)力和縮減不同數(shù)量的傳感器，分別運用基于內(nèi)力縮減的應(yīng)力場估計方法和基于廣義逆矩陣的應(yīng)力場估計方法，獲取節(jié)點應(yīng)力場估計結(jié)果并對誤差進行對比分