[发明专利]确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法

摘要

确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法，在牵引安装和张拉成形的施工过程中，作为机构的索杆系存在超大位移、机构位移和拉索松弛，采用常规的线性静力有限元法无法获得其施工阶段的静力平衡状态。采用非线性动力有限元法的找形分析，通过引入惯性力和粘滞阻尼力，建立非线性动力有限元方程，将难以求解的静力问题，转为易于求解的动力问题，并通过迭代更新索杆系位形，使索杆系的动力平衡状态逐渐收敛于静力平衡状态。索杆系在分析前处于静力不平衡状态，在分析中处于动力平衡状态，在收敛后达到静力平衡状态，即索杆系由初始的静力不平衡状态间断地运动(非连续运动)至稳定的静力平衡状态。

主权项

1.一种确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法，其特征在于采用非线性动力有限元法和迭代方法，确定索杆系的静力平衡状态，使索杆系由初始位形的静力不平衡状态间断地运动至稳定的静力平衡状态；确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法包含以下步骤：1)分析准备：明确索杆系的设计成形状态和施工方案以及所需要分析的施工阶段；2)建立索杆系初始有限元模型：选用满足工程精度要求的索单元和杆单元；按照设计成形状态的位形或其它假定的初始位形建立有限元模型；根据所需分析的施工阶段的情况，施加重力荷载和其它荷载以及边界约束条件；根据索杆的原长已知或者内力已知的条件，在索杆上施加等效初应变或等效温差；3)设定分析参数和收敛标准：自振圆频率和阻尼比、允许最大时间步数、初始时间步长、时间步长调整系数、迭代收敛允许最大位移值、允许最大迭代次数；4)迭代分析a.调整时间步长，b.非线性动力有限元分析：建立非线性动力有限元平衡方程，按照时间步连续求解，跟踪索杆系的位移、速度和总动能响应，c.确定总动能峰值及其时间点，d.更新有限元模型，包括更新索杆系的位形以及控制索杆的原长或者内力；5)判断是否收敛或者已迭代次数是否达到允许最大值；①若更新有限元模型的节点最大位移值小于允许最大位移值时，迭代收敛，索杆系达到静力平衡状态，分析结束；②若迭代未满足收敛条件，且已迭代次数未达到允许最大迭代次数，则进入下一次的迭代；③若迭代未满足收敛条件，但已迭代次数达到允许最大迭代次数，则结束分析；6)检验静力平衡状态。