冲压式铝合金毂式节点受力性能及其单层球面网壳稳定性研究

发布时间：2020-09-15 12:59

　　近年来随着社会经济文化水平的发展,人们对建筑物有了越来越高的审美需求和使用需求,传统的结构形式已不完全适用,铝合金网格结构凭借铝合金的材料优势及空间网格结构的结构优势受到广泛关注。目前铝合金网格结构的连接常采用装配式节点连接,其中铝合金毂式节点成型简单、安装简便、综合成本低,具有很好的工程应用价值,至今已在全球超过35个国家得到使用,然而国内仍然缺少相关研究。为确保未来铝合金毂式节点在国内被引入进而得到更多使用,研究节点受力性能及其单层球面网壳稳定性具有重要意义。针对以上背景,本文主要进行了如下工作:(1)基于有限元软件ABAQUS,针对多种不同尺寸下两类铝合金毂式节点建立精细化数值模型,对节点的抗拉、抗压、抗弯性能进行模拟。得到了节点的变形特征、失效模式、应力分布及极限承载力等结果,确定了毂体槽间距、齿宽度、齿深度等参数对节点极限承载力的影响。提出了铝合金毂式节点的抗拉和抗弯极限承载力公式,并给出了各影响参数的建议取值范围及毂体直径的设计建议。(2)基于有限元软件ANSYS,采用弹簧单元模拟节点连接来研究铝合金毂式节点单层球面网壳稳定性。引入前文所得节点的弯矩-转角曲线,对不同跨度、不同矢跨比、不同节点面内、面外弯曲刚度的K8型铝合金毂式节点网壳进行了整体稳定性能分析。得到了网壳的失稳模态和极限承载力等结果,确定了网壳跨度、矢跨比和节点面内、面外弯曲刚度对K8型铝合金毂式节点网壳稳定性的影响规律。本文提出了铝合金毂式节点的极限承载力公式,并对节点的设计给出了相应建议。确定了铝合金毂式节点可作为一种半刚性节点考虑,归纳了节点的面内、面外弯曲刚度对网壳稳定性的影响规律,对这种节点在今后的设计应用及相关规范的修订具有参考意义。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU395
【部分图文】：

网格结构,铝合金

c）南京国际展览中心 d）亨利多利动物园穹顶图 1-1 国内外典型铝合金网格结构铝合金网格结构主要包括铝网架和铝网壳，对于连接节点的可靠性、安装精度和施工速度等都要求十分严格。常见铝合金结构的连接主要有焊接、装配式连接、粘接和摩擦焊四种，其中焊接方法会使铝合金的强度下降，且焊缝质量难以保证；粘接多用于汽车和航天工业领域；摩擦焊则是一种新型铝合金连接方式，使用较少；因此铝合金网格结构常采用装配式连接方式，连接节点类型主要有毂式节点、板式节点、螺栓球节点和铸铝节点四种，如图 1-2 所示。

装配式,铝合金,节点,网格结构

图 1-1 国内外典型铝合金网格结构铝合金网格结构主要包括铝网架和铝网壳，对于连接节点的可靠性、安装精度和施工速度等都要求十分严格。常见铝合金结构的连接主要有焊接、装配式连接、粘接和摩擦焊四种，其中焊接方法会使铝合金的强度下降，且焊缝质量难以保证；粘接多用于汽车和航天工业领域；摩擦焊则是一种新型铝合金连接方式，使用较少；因此铝合金网格结构常采用装配式连接方式，连接节点类型主要有毂式节点、板式节点、螺栓球节点和铸铝节点四种，如图 1-2 所示。a）毂式节点 b）板式节点

铝合金,节点

限承载力因素及其单层球面网壳稳定性的研究。本文针对以上背景，对矩形齿和梯形齿两类铝合金毂式节点的静力性能及其 K8型网壳稳定性进行研究，为未来相关规范的修订和节点的工程应用提供了参考。1.2 铝合金节点介绍及研究现状1.2.1 铝合金毂式节点铝合金毂式节点是一种适用于网架和网壳结构的装配式节点，因其与杆件连接的形状类似于车轮中心的转毂，故被形象地称为毂式节点。如图 1-3所示，毂式节点核心区域包括中心毂体、杆件、通长螺栓和上下盖板等零件。中心毂体由圆柱体形铝合金挤压形成，是节点的连接核心，根据连接杆件间角度和总数目不同，其上有多个带凹凸纹的齿槽。将杆件与铝合金毂式节点连接时，杆件端部需在工厂提前压扁成与毂体齿槽相对应的楔形状端头，再插入到毂体中对应位置，随后在毂体上下两侧安放盖板，最后用一根通长螺栓穿过毂体和盖板中心预留位置后拧紧。

【相似文献】