發(fā)布時間：2020-09-15 12:59

　　 近年來隨著社會經(jīng)濟文化水平的發(fā)展,人們對建筑物有了越來越高的審美需求和使用需求,傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式已不完全適用,鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)憑借鋁合金的材料優(yōu)勢及空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注。目前鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的連接常采用裝配式節(jié)點連接,其中鋁合金轂式節(jié)點成型簡單、安裝簡便、綜合成本低,具有很好的工程應用價值,至今已在全球超過35個國家得到使用,然而國內(nèi)仍然缺少相關(guān)研究。為確保未來鋁合金轂式節(jié)點在國內(nèi)被引入進而得到更多使用,研究節(jié)點受力性能及其單層球面網(wǎng)殼穩(wěn)定性具有重要意義。針對以上背景,本文主要進行了如下工作:(1)基于有限元軟件ABAQUS,針對多種不同尺寸下兩類鋁合金轂式節(jié)點建立精細化數(shù)值模型,對節(jié)點的抗拉、抗壓、抗彎性能進行模擬。得到了節(jié)點的變形特征、失效模式、應力分布及極限承載力等結(jié)果,確定了轂體槽間距、齒寬度、齒深度等參數(shù)對節(jié)點極限承載力的影響。提出了鋁合金轂式節(jié)點的抗拉和抗彎極限承載力公式,并給出了各影響參數(shù)的建議取值范圍及轂體直徑的設(shè)計建議。(2)基于有限元軟件ANSYS,采用彈簧單元模擬節(jié)點連接來研究鋁合金轂式節(jié)點單層球面網(wǎng)殼穩(wěn)定性。引入前文所得節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線,對不同跨度、不同矢跨比、不同節(jié)點面內(nèi)、面外彎曲剛度的K8型鋁合金轂式節(jié)點網(wǎng)殼進行了整體穩(wěn)定性能分析。得到了網(wǎng)殼的失穩(wěn)模態(tài)和極限承載力等結(jié)果,確定了網(wǎng)殼跨度、矢跨比和節(jié)點面內(nèi)、面外彎曲剛度對K8型鋁合金轂式節(jié)點網(wǎng)殼穩(wěn)定性的影響規(guī)律。本文提出了鋁合金轂式節(jié)點的極限承載力公式,并對節(jié)點的設(shè)計給出了相應建議。確定了鋁合金轂式節(jié)點可作為一種半剛性節(jié)點考慮,歸納了節(jié)點的面內(nèi)、面外彎曲剛度對網(wǎng)殼穩(wěn)定性的影響規(guī)律,對這種節(jié)點在今后的設(shè)計應用及相關(guān)規(guī)范的修訂具有參考意義。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TU395
【部分圖文】：

c）南京國際展覽中心 d）亨利多利動物園穹頂圖 1-1 國內(nèi)外典型鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)主要包括鋁網(wǎng)架和鋁網(wǎng)殼，對于連接節(jié)點的可靠性、安裝精度和施工速度等都要求十分嚴格。常見鋁合金結(jié)構(gòu)的連接主要有焊接、裝配式連接、粘接和摩擦焊四種，其中焊接方法會使鋁合金的強度下降，且焊縫質(zhì)量難以保證；粘接多用于汽車和航天工業(yè)領(lǐng)域；摩擦焊則是一種新型鋁合金連接方式，使用較少；因此鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)常采用裝配式連接方式，連接節(jié)點類型主要有轂式節(jié)點、板式節(jié)點、螺栓球節(jié)點和鑄鋁節(jié)點四種，如圖 1-2 所示。

圖 1-1 國內(nèi)外典型鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)主要包括鋁網(wǎng)架和鋁網(wǎng)殼，對于連接節(jié)點的可靠性、安裝精度和施工速度等都要求十分嚴格。常見鋁合金結(jié)構(gòu)的連接主要有焊接、裝配式連接、粘接和摩擦焊四種，其中焊接方法會使鋁合金的強度下降，且焊縫質(zhì)量難以保證；粘接多用于汽車和航天工業(yè)領(lǐng)域；摩擦焊則是一種新型鋁合金連接方式，使用較少；因此鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)常采用裝配式連接方式，連接節(jié)點類型主要有轂式節(jié)點、板式節(jié)點、螺栓球節(jié)點和鑄鋁節(jié)點四種，如圖 1-2 所示。a）轂式節(jié)點 b）板式節(jié)點

限承載力因素及其單層球面網(wǎng)殼穩(wěn)定性的研究。本文針對以上背景，對矩形齒和梯形齒兩類鋁合金轂式節(jié)點的靜力性能及其 K8型網(wǎng)殼穩(wěn)定性進行研究，為未來相關(guān)規(guī)范的修訂和節(jié)點的工程應用提供了參考。1.2 鋁合金節(jié)點介紹及研究現(xiàn)狀1.2.1 鋁合金轂式節(jié)點鋁合金轂式節(jié)點是一種適用于網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的裝配式節(jié)點，因其與桿件連接的形狀類似于車輪中心的轉(zhuǎn)轂，故被形象地稱為轂式節(jié)點。如圖 1-3所示，轂式節(jié)點核心區(qū)域包括中心轂體、桿件、通長螺栓和上下蓋板等零件。中心轂體由圓柱體形鋁合金擠壓形成，是節(jié)點的連接核心，根據(jù)連接桿件間角度和總數(shù)目不同，其上有多個帶凹凸紋的齒槽。將桿件與鋁合金轂式節(jié)點連接時，桿件端部需在工廠提前壓扁成與轂體齒槽相對應的楔形狀端頭，再插入到轂體中對應位置，隨后在轂體上下兩側(cè)安放蓋板，最后用一根通長螺栓穿過轂體和蓋板中心預留位置后擰緊。

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