单轴对称楔形工字钢梁的平面外稳定

该文推导了楔形变截面梁弯扭屈曲的非线性应变能,并依据得到的总应变能进行有限元分析公式的推导。对楔形悬臂梁,中间截面最大的楔形变截面简支梁承受集中荷载和均布荷载的情况进行了分析,与ANSYS基于板壳理论的有限元分析结果进行对比,验证了该文理论的正确性和精度。最后依据该文理论分析了两端简支的楔形工字钢梁受不等端弯矩作用下的临界弯矩,拟合了高精度的临界弯矩计算公式,该公式形式与等截面梁的相同,物理意义明确,便于工程应用。     

考虑主材节点刚域影响的钢管输电塔变截面梁单元有限元模型

为了准确、快捷地计算加劲板和连接板形成的主材节点刚域对输电塔受力的影响,将考虑节点刚域影响的主材视为若干段段不同截面梁单元的组合。首先,推导了主材两端节点刚域横截面转动惯量和面积的公式;然后,根据能量原理,推导了变截面梁单元的单元刚度矩阵,并采用C++语言将它引入开源有限元软件OpenSees;最后,将主材及节点刚域采用变截面梁单元,常截面梁单元,变弹性模量梁单元及壳单元离散的有限元模型计算结果和塔架试验的实测结果进行对比。结果表明:常截面梁单元会低估主材的弯矩和最大正应力,而变弹性模量梁单元会低估输电塔的挠度,均会使设计偏于不安全;变截面梁单元和壳单元的计算结果均实测结果很接近,但前者计算量远小于后者。可见:变截面梁单元有限元模型兼顾了计算效率和精度。     

基于能量法的变截面层合管整体稳定承载力计算方法

为计算变截面层合管杆件整体稳定承载力,提出一种基于能量法的理论计算模型。采用基于三维梁理论的层合管等效抗弯刚度计算方法,计算了等截面段、变截面段的等效工程弹性系数。在考虑剪切变形的影响以及杆件变截面对轴压挠曲线函数影响的基础上,基于能量法推导了变截面杆整体稳定承载力解析公式。以NASA复合材料变截面杆为算例,进行了理论计算和有限元数值模拟,结果显示:同时考虑上述两因素的理论计算结果与有限元结果最为接近,剪切变形对临界承载力的修正可达10%以上,轴压挠曲线函数的变化对承载力的修正约为1%,可忽略。以锥长和锥角为参数,对变截面杆的承载力、体积和承载效率进行双参数分析,发现变截面对弯曲变形能的影响远大于对剪切变形性能的影响,采用变截面形式能够提高层合管承载效率,且一定锥长下存在承载效率最高对应的最优锥角。     

单片预应力混凝土T梁承载力试验研究

静载试验是鉴定成品梁承载能力的有效试验方法,结合某桥预应力混凝土T梁承载力试验,详细介绍了单片预应力混凝土T梁承载力理论计算、静载试验、结果分析与对比等内容,在用规范方法对其承载力进行评价基础上,提出了实测梁体截面中性轴位置来辅助评定其承载力的新方法.     

Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁整体稳定性能与设计方法研究

为研究Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的整体稳定性能以及完善规范中关于此类构件的设计方法,进行了6根集中荷载作用下Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的整体稳定性能试验,测量了试件的初始几何缺陷和截面残余应力。试验结果表明：当单伸臂梁整体失稳的控制梁段位于简支跨时,单伸臂梁的整体稳定承载力随伸臂长度比的增大而减小,截面高宽比较伸臂长度比对单伸臂梁整体稳定承载力的影响更大。在试验基础上,运用有限元程序创建考虑初始几何缺陷和残余应力的有限元模型对试验进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好;基于试验验证的有限元模型,分析荷载形式、荷载比例、简支跨长度、伸臂跨长度和截面高宽比等因素对Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁整体稳定承载力的影响规律。基于特征值屈曲分析结果,回归出单伸臂梁的弹性屈曲临界弯矩计算公式,并通过对试验结果和有限元参数分析结果的回归提出了Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的极限弯矩计算公式。     

常温及火灾下蜂窝梁腹板屈曲承载力计算方法

采用斜压柱理论模型及有限元方法,研究了常温及火灾下圆角多边形孔蜂窝梁孔间腹板受剪屈曲性能和受剪屈曲承载力计算方法。孔间腹板S/d₀和d₀/t_w的取值范围分别为1.4~2.0和41.4~80.7。在参数分析的基础上,对斜压柱的有效宽度及压力进行修正,用于计算孔间腹板的屈曲承载力;并提出了等效矩形理论,用于计算孔洞截面的受剪屈服承载力。蜂窝梁受剪承载力为孔间腹板屈曲承载力和孔洞截面受剪屈服承载力的较小值。采用修正的斜压柱理论模型和等效矩形理论得到的圆角多边形孔蜂窝梁受剪承载力稍小于有限元结果,比值在0.856~0.978之间。采用修正的斜压柱模型,并按照规范BS5950计算斜压柱屈曲应力,反算火灾下蜂窝梁孔间腹板屈曲温度,得到的火灾下圆角多边形孔蜂窝梁的孔间腹板屈曲温度仅稍低于有限元结果,偏差为0.17%~6.28%。     

计及二阶效应的一种变截面梁精确单元刚度阵

推导一种精确的Bernoulli-Euler变截面梁单元,解决了传统变截面梁单元在结构稳定性分析中存在的计算精度较低的问题,以常见的外形沿轴向按线性变化的变截面梁为例,给出梁单元的精确刚度阵。放弃传统有限元通过插值理论构建变形场,并通过虚位移原理获取单元刚度阵的方法,直接从计入二阶效应的单元平衡微分方程中得到变截面梁的载荷位移关系,进而得到有限元格式的变截面梁精确刚度阵。借助于变截面梁单元刚度阵,可导致与精确的微分方程解析法同样的计算精度。通过与几个经典算例和ANSYS计算结果比较表明:该精确刚度阵可直接应用于结构稳定性分析,获得变截面梁结构精确的欧拉临界力。     

带后浇段的约束梁在集中力作用下的抗剪强度试验研究

本文通过对10根承受集中荷载作用下带后浇段的矩形截面钢筋混凝土约束梁的试验结果与已有的普通矩形截面钢筋混凝土约束梁的试验和理论计算结果的对比,发现了带后浇段的约束梁在集中力作用下抗剪强度与普通约束梁的差别,分析了后浇段对抗剪承载力的影响。     

复合材料封闭变截面薄壁梁自由振动分析

摘要：基于拉格朗日方程建立了复合材料封闭变截面薄壁梁的自由振动微分方程,给出了两种刚度配置下的变矩形截面悬臂直梁的自由振动方程简化形式及其相应的迦辽金法求解的固有频率。基于大型通用有限元软件ANSYS,计算了薄壁变截面悬臂梁的固有频率,并且与迦辽金法的求解结果进行了对比。分析了复合材料的弹性耦合,铺层角度和截面变化对薄壁梁的自由振动的影响。     

含楔形变截面连续梁弯曲自由振动计算的传递矩阵法

本文推导了楔形变截面梁弯曲自由振动计算时的传递矩阵式，通过对含楔形变截面连续梁弯曲自由振动的实例计算，证明了本文提出了的方法是一种精确度高而且简便易行的方法。     

剪切载荷下含椭圆形大开口层合板的试验研究

在面内纯剪切载荷作用下, 采用试验与有限元模拟方法研究了结构中心设置椭圆形大开口的正方形复合材料层合板的应力/应变集中现象及屈曲、 后屈曲行为, 通过测试结果对试验件失效模式进行了评估。研究结果表明: 层合板开口附近应力/应变集中程度很高; 大尺寸开口使结构稳定性显著降低, 且开口层合板具有较好的后屈曲承载能力; 由于弯曲产生高水平的层间应力, 导致局部分层损伤并伴有基纤剪切破坏; 随着横向挠度的增加, 各应力集中区域的纤维发生拉伸断裂, 导致整体结构瞬间发生脆性失效。有限元模拟结果与试验结果符合较好。     

具有最佳超收敛阶的Galerkin有限元EEP法计算格式

对二阶非自伴问题的一维Galerkin有限元法提出其后处理超收敛计算的EEP(单元能量投影)法改进的最佳超收敛计算格式,即用m次单元对足够光滑问题的Galerkin有限元解答,采用该格式计算的任一点的位移和应力都可以达到h2m阶的最佳超收敛结果。该文首先针对高次单元提出了凝聚试探形函数和凝聚检验形函数的概念,证明了相关的逼近定理和等价定理,然后给出了具体的算法公式。最后给出了一系列典型的数值算例用以验证这种最新的EEP法改进格式确实能够使位移和导数逐点达到最佳收敛阶。     

Four-parameter functionally graded cracked plates of arbitrary shape: A GDQFEM solution for free vibrations

The dynamic behavior of moderately thick FGM plates with geometric discontinuities and arbitrarily curved boundaries is investigated. The Generalized Differential Quadrature Finite Element Method (GDQFEM) is proposed as a numerical approach. The irregular physical domain in Cartesian coordinates is transformed into a regular domain in natural coordinates. Several types of cracked FGM plates are investigated. It appears that GDQFEM is analogous to the well-known Finite Element Method (FEM). With reference to the proposed technique the governing FSDT equations are solved in their strong form and the connections between the elements are imposed with the inter-element compatibility conditions. The results show excellent agreement with other numerical solutions obtained by FEM.     

一个高效的一维有限元自适应求解的新方案 第十三届全国结构工程学术大会特邀报告

基于新近提出的一维有限元后处理超收敛算法——单元能量投影(EEP)法,将有限元自适应求解问题转化为对超收敛解答的自适应分段多项式插值问题,一步便可获得最优的有限元网格划分,在该网格上再次进行有限元计算,即可获得满足用户给定的误差限的有限元解答。该法简单实用、快速高效,是一个颇具优势和潜力的自适应方法。文中以二阶常微分方程模型问题为例,对该法的形成思路和实施策略做一介绍,并给出有代表性的数值算例用以展示该法的优良性能和效果。     

藏式石砌体在剪-压复合作用下抗剪性能研究

为研究藏式石砌体抗剪性能,对4组共13个不同压力作用下的泥浆砌筑石墙试件进行双剪试验,分析藏式石砌体沿通缝抗剪强度和破坏机理,研究利用灰缝抗剪强度评估墙体整体抗剪性能的方法。试验结果表明,藏式石砌体灰缝受剪破坏为泥浆层自身变形与界面分离同步发展的延性破坏过程,最终达到完全的界面剪切滑移状态。通过对试验数据的统计回归提出藏式石砌体灰缝的抗剪强度计算公式,计算结果和试验值吻合程度较好。泥浆与水硬性砂浆的主要性能差别在于粘结强度和摩擦系数均较低。通过2种理论模型,分析了砌体灰缝抗剪强度与剪-压复合作用下抗剪强度表达式之间的关系,利用其他研究者的试验数据进行了验证。提出了基于双剪试验结果的藏式石砌体抗剪强度预测表达式,可供藏式石砌体抗剪性能研究参考。     

Embedded interfaces by polytope FEM

In this paper, the Polytope Finite Element Method is employed to model an embedded interface through the body, independent of the background FEM mesh. The elements that are crossed by the embedded interface are decomposed into new polytope elements which have some nodes on the interface line. The interface introduces discontinuity into the primary variable (strong) or into its derivatives (weak). Both strong and weak discontinuities are studied by the proposed method through different numerical examples including fracture problems with traction‐free and cohesive cracks, and heat conduction problems with Dirichlet and Dirichlet–Neumann types of boundary conditions on the embedded interface. For traction‐free cracks which have tip singularity, the nodes near the crack tip are enriched with the singular functions through the eXtended Finite Element Method. The concept of Natural Element Coordinates (NECs) is invoked to drive shape functions for the produced polytopes. A simple treatment is proposed for concave polytopes produced by a kinked interface and also for locating crack tip inside an element prior to using the singularity enrichment. The proposed method pursues some implementational details of eXtended/Generalized Finite Element Methods for interfaces. But here the additional DOFs are constructed on the interface lines in contrast to X/G‐FEM, which attach enriched DOFs to the previously existed nodes. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

拆除爆破研究中数值分析方法的比较与选择

概述了数值分析法的分类。介绍了平面杆系有限元法、离散元法、数值流形法和不连续变形分析等几种数值分析方法。简单地讨论了平面杆系有限元法的分析步骤以及在拆除爆破中适于解决的问题 ;同时叙述了流形分析中采用的有限覆盖技术。通过分析和比较这几种方法在拆除爆破研究中的应用 ,作者认为 ,当前应用传统的有限元法进行爆破理论研究或拆除爆破模拟存在一些困难 ;离散元法用于拆除爆破理论的研究是可行的 ;不连续变形分析法对于拆除爆破模拟研究是一种具有良好前景的数值方法     

拆除爆破研究中数值分析方法的比较与选择

概述了数值分析法的分类。介绍了平面杆系有限元法、离散元法、数值流形法和不连续变形分析等几种数值分析方法。简单地讨论了平面杆系有限元法的分析步骤以及在拆除爆破中适于解决的问题 ;同时叙述了流形分析中采用的有限覆盖技术。通过分析和比较这几种方法在拆除爆破研究中的应用 ,作者认为 ,当前应用传统的有限元法进行爆破理论研究或拆除爆破模拟存在一些困难 ;离散元法用于拆除爆破理论的研究是可行的 ;不连续变形分析法对于拆除爆破模拟研究是一种具有良好前景的数值方法     

多层钢板剪力墙水平荷载作用下结构性能的有限元分析

利用有限元数值模型分别计算了四边简支和四边固支均匀受剪矩形板弹性屈曲剪应力及屈曲后极限强度。考虑内填板的屈曲后强度,通过相关文献的单层和4层钢板剪力墙试验数据验证了多层钢板剪力墙有限元数值模拟方法的正确性。利用试验验证的有限元分析方法分别研究了单层和4层钢板剪力墙在水平荷载作用下内填板高厚比的变化对结构性能的影响,并与相应的单层和4层纯框架结构进行了比较,这为钢板剪力墙在不同阶段的结构性能分析提供了依据。