1.一种考虑几何缺陷的细长金属拱结构动力屈曲快速计算方法,其特征是,包括如下步骤:(1)根据金属拱结构的几何特征和物理力学参数,应用有限元软件ANSYS对所述金属拱结构进行参数化建模,得到所述金属拱结构的第一建模模型;
(2)应用有限元软件ANSYS,在所述第一建模模型上施加第一集中力,然后对所述第一建模模型进行特征屈曲分析,获得所述第一建模模型的前N阶平面内特征屈曲荷载和特征屈曲模态;
(3)从所述前N阶平面内特征屈曲模态中选取其中一阶特征屈曲模态作为所述第一建模模型的初始几何缺陷,更新所述第一建模模型的几何构形,得到第二建模模型;在所述第二建模模型上施加第二集中力,然后对所述第二建模模型进行非线性静力屈曲全过程分析,得到所述第二建模模型的荷载-位移变化曲线和总势能-位移变化曲线;
(4)将所述第二建模模型的荷载-位移变化曲线和总势能-位移变化曲线绘制于同一图中;
(5)根据所述总势能-位移变化曲线确定是否存在零总势能点,若存在,则基于步骤(4)得到的图,确定所述总势能-位移变化曲线中的零总势能点对应在荷载-位移变化曲线中的点a,根据所述荷载-位移变化曲线计算点a处的斜率ka,若ka<0,则点a对应的荷载即为动力屈曲临界荷载。
2.根据权利要求1所述的一种考虑几何缺陷的细长金属拱结构动力屈曲快速计算方法,其特征是,在步骤(2)中,所述的在所述第一建模模型上施加第一集中力,具体是:在所述第一建模模型中的拱轴平面内的拱上方的任意位置上施加单位静态集中力。
3.根据权利要求1所述的一种考虑几何缺陷的细长金属拱结构动力屈曲快速计算方法,其特征是,所述步骤(3)具体包括如下步骤:(31)应用有限元软件ANSYS的命令UPGEOM指定其中一阶特征屈曲模态作为所述第一建模模型的初始几何缺陷,更新所述第一建模模型的几何构形,得到第二建模模型,其中,缺陷比例因子的取值范围为:[S/500-S/1000],S为金属拱结构弧长;
(32)对所述第二建模模型施加与所述初始几何缺陷相应的特征屈曲荷载大小的第二集中力;
(32)应用有限元软件ANSYS的命令ARCLEN启用弧长法对所述第二建模模型进行非线性静力屈曲全过程分析,得到所述第二建模模型的荷载-位移变化曲线和总势能-位移变化曲线。
4.根据权利要求1所述的一种考虑几何缺陷的细长金属拱结构动力屈曲快速计算方法,其特征是,所述动力屈曲为:在阶跃集中力作用下所述第二建模模型的平面内的动力屈曲;
所述步骤(5)中,根据所述总势能-位移变化曲线,确定是否存在零总势能点;若不存在零总势能点,则不存在动力屈曲行为。
5.根据权利要求1所述的一种考虑几何缺陷的细长金属拱结构动力屈曲快速计算方法,其特征是,所述N的取值满足:N≥10。
6.根据权利要求1或3任一所述的一种考虑几何缺陷的细长金属拱结构动力屈曲快速计算方法,其特征是,选取第1阶特征屈曲模态作为所述第一建模模型的初始几何缺陷。