[发明专利]一种热环境下考虑预变形的板结构动特性分析方法

说明书

本发明公开了一种热环境下考虑预变形的板结构动特性分析方法，包括如下步骤：根据初始力载荷和热环境下的结构材料参数，计算结构线性刚度矩阵、热应力刚度矩阵和考虑预变形的非线性刚度矩阵，将线性刚度矩阵、热应力刚度矩阵和非线性刚度矩阵三者整合为结构总刚度矩阵；建立热环境下考虑预变形的板结构动力学方程，根据结构动力学方程建立广义特征问题控制方程，再通过模态分析得到热环境下考虑预变形的板结构动特性分析结果。本发明的动特性分析方法综合考虑了预变形导致的几何非线性和热环境对结构刚度的影响，使得其能够运用于复杂载荷环境下的结构动特性分析，本发明能够有效提高复杂环境下板结构动特性分析精度，指导工程结构设计。

技术领域

本发明涉及一种板结构动特性分析方法，尤其涉及一种热环境下考虑预变形的板结构动特性分析方法。

背景技术

板结构被广泛运用于工程结构中，并在服役过程中面临复杂的载荷环境。结构特性分析能够为结构设计提供了重要指导。一方面，由于预载荷、静载荷和制造工艺等因素的影响，板结构常存在预变形，其对结构的动特性具有显著影响。另一方面，由于热效应的作用，热环境下板结构动特性分析需要考虑热应力等因素的影响。

因此，为了更好的指导结构设计和发挥结构性能，亟待发展一种热环境下考虑预变形的板结构动特性分析方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种有效提高复杂环境下板结构动特性分析精度的热环境下考虑预变形的板结构动特性分析方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种热环境下考虑预变形的板结构动特性分析方法，包括如下步骤：

(1)、根据初始力载荷和热环境下的结构材料参数，计算结构线性刚度矩阵、热应力刚度矩阵和考虑预变形的非线性刚度矩阵，将线性刚度矩阵、热应力刚度矩阵和非线性刚度矩阵三者整合为结构总刚度矩阵；

(2)、建立热环境下考虑预变形的板结构动力学方程，根据结构动力学方程建立广义特征问题控制方程，再通过模态分析得到热环境下考虑预变形的板结构动特性分析结果。

其中，所述步骤(1)中，所述结构材料参数包括不同方向的弹性模量、不同方向的剪切模量、不同方向的泊松比、热膨胀系数和材料密度。

优选的，所述步骤(1)中计算结构总刚度矩阵的具体步骤为：

首先根据当前热环境确定结构对应的材料参数，建立结构线性刚度矩阵K_L，计算公式如下所示：

式中B_L为线性几何矩阵，D为结构弹性矩阵，V为积分区域，B_L^T为线性几何矩阵的转置矩阵；

然后根据von Karman非线性理论建立考虑结构预变形的非线性刚度矩阵K_NL，K_NL由单元非线性刚度矩阵K^e_NL叠加获得，K^e_NL计算公式如下所示：

式中B为结构线性单元几何矩阵，B_NL为非线性单元几何矩阵，B_NL^T为非线性单元几何矩阵的转置矩阵；

其次借助有限元方法计算热载荷T_load作用下的结构热应力场σ_T，并根据结构热应力场σ_T计算其对应的热应力刚度矩阵K_σ，计算公式如下所示：

K_σ＝∫_VG^Tσ_TGdV