[发明专利]桁架结构中的缺陷对结构任意方向刚度的影响的分析方法

说明书

本公开提供了一种桁架结构中的缺陷对结构任意方向刚度的影响的分析方法，包括：计算所述桁架结构的总体刚度矩阵；建立所述桁架结构任意方向上的节点位移场；根据所述总体刚度矩阵和所述节点位移场，得到桁架结构任意方向上的节点反力向量；对桁架结构施加周期性边界条件，并根据总体刚度矩阵、节点反力向量和周期性边界条件，得到桁架结构任意方向上的特征位移场和任意方向上的节点反力场；根据节点位移场、特征位移场、节点反力向量和节点反力场，构建桁架结构任意方向上的等效刚度的解析式；根据等效刚度的解析式，分析桁架结构中的缺陷对结构任意方向上的刚度的影响。本公开提供的分析方法能够有效分析缺陷对桁架结构任意方向上刚度的影响。

技术领域

本公开涉及结构缺陷计算分析领域，具体涉及一种桁架结构中的缺陷对结构任意方向刚度的影响的分析方法。

背景技术

近年来，随着制造技术尤其是增材制造技术的快速发展，使得高性能复杂的结构能够快速低成本的制造，一系列以往仅在理论上设计但未能制造出的结构，也逐渐在增材制造技术不断发展的过程中被制造出来，并且成功应用于各个工程领域中。

然而，这些结构在制造过程中尤其利用增材制造技术制造的过程中往往会产生一些几何缺陷，例如：杆件横截面积的缺失或者增加。这些几何缺陷在整体结构受力过程中可能会产生应力集中，进而对结构的力学性能(如刚度、强度等)产生较大的影响。

目前针对上述几何缺陷的问题，基本采用的方式是计算分析几何缺陷导致的应力集中问题。但是，在结构实际的应用中，上述几何缺陷对结构不同方向上刚度的也有重要影响。但是目前并没有针对几何缺陷对结构不同方向上刚度影响的分析方法。因此，有必要提供一种能够分析几何缺陷对结构任意方向上刚度影响的方法。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种能够有效分析缺陷对桁架结构任意方向上性能的影响的桁架结构中的缺陷对结构任意方向刚度的影响的分析方法。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开提供了一种桁架结构中的缺陷对结构任意方向刚度的影响的分析方法，包括：

计算所述桁架结构的总体刚度矩阵；

建立所述桁架结构任意方向上的节点位移场；

根据所述总体刚度矩阵和所述节点位移场，得到所述桁架结构任意方向上的节点反力向量；

对所述桁架结构施加周期性边界条件，并根据所述总体刚度矩阵、所述节点反力向量和所述周期性边界条件，得到所述桁架结构任意方向上的特征位移场和任意方向上的节点反力场；

根据所述节点位移场、所述特征位移场、所述节点反力向量和所述节点反力场，构建所述桁架结构任意方向上的等效刚度的解析式；

根据所述等效刚度的解析式，分析所述桁架结构中的缺陷对结构任意方向上的刚度的影响。

在本公开的一种示例性实施例中，所述计算所述桁架结构的总体刚度矩阵，包括：

根据所述桁架结构中每根杆件的横截面积和长度，分别计算每根所述杆件的局部刚度矩阵；

将每根所述杆件的局部刚度矩阵相加，以得到所述桁架结构的总体刚度矩阵。

在本公开的一种示例性实施例中，所述局部刚度矩阵为：

其中，kⁱ为第i根所述杆件的局部刚度矩阵，E_i为第i根所述杆件的弹性模量，A_i为第i根所述杆件的横截面积，l_i为第i根所述杆件的长度。