高精度非线性平面应力单元的研究与应用

采用共旋坐标法导出了四边形平面应力单元在大转动、小应变条件下的几何非线性和材料非线性的单元切线刚度矩阵,在此基础上编制相应的有限元程序;对有解析解的例题计算表明,提出的共旋坐标法四边形平面应力单元的列式、程序具有较强的非线性分析能力;还对单跨石拱桥进行了受力全过程分析,计算结果提供了对小跨度石拱桥非线性性能的更多的了解,可供工程设计人员参考。     

平面杆系结构几何非线性计算的全量迭代法

平面杆系结构传统的几何非线性的求解方法为了获得解精度高的解,人们一直瞄准切线刚度矩阵的推导,从而导致了非常复杂而庞大得切线刚度矩阵,但精确的切线刚度矩阵往往不易获得。本文采用一种建立在理论上能收敛于精确解的几何非线性求解方法-全量迭代法,使计算结果的精度不依赖于切线刚度矩阵,于是可以不必追求切线刚度矩阵的精确性。根据全量迭代法的特点,推导了在几何非线性计算中平面杆单元、索单元和梁单元的内力计算公式,可供广大工程技术人员参考。     

柔性结构非线性分析的杆单元有限元法

本文根据非线性弹性理论，采用拉格朗日坐标描述法，在三维整体坐标系下，直接根据应变的定义建立了精确应变的非线性几何关系，从而可以考虑任意次高阶位移的影响，得到了轴向应力应变的直接关系，根据虚功原理推导了杆单元非线性有限元增量方程及切线刚度矩阵，利用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法进行了实例计算，结果表明本法精度很高，适合于柔性结构分析，设计时采用。     

高层钢框架的非线性响应分析

几何非线性对高层钢框架的影响较大。本文比较系统地归纳了各种坐标系下几何非线性的分析方法,并给出了其相应的切线刚度矩阵的显式,解释了切线刚度阵的各项非线性性质的几何意义及其简易推导方法。利用建立的同时考虑材料非线性和几何非线性性质的杆单元切线和割线刚度矩阵编制了电算程序,该程序能求解高层多跨钢框架的极限承载力。     

斜拉人行桥拉索承载力非线性有限元分析

采用多节点索单元研究了斜拉人行桥拉索承载力问题。首先基于多节点索单元建立了坐标系及非线性应变表达式,形成了索单元的应力应变关系。进一步建立了索单元的弹性刚度矩阵、初位移刚度矩阵和初应力刚度矩阵的表达式,建立了斜拉索承载力的非线性迭代方法,利用Newton-Raphson迭代实现计算求解。以某大跨度斜拉人行桥为工程背景,系统研究了其斜拉索的承载力问题。结果表明,弹性模量和自重荷载强度对斜拉索的承载力性能均有一定程度的影响。弹性模量的增加将导致拉索的刚度增加和跨中的竖向位移减小,而自重荷载的增加则导致跨中位移的增加。对比分析结果可知,对拉索承载力影响较大的参数是自重荷载的强度,相对而言弹性模量的影响较小。     

薄壳结构几何非线性全过程分析

本文简要推导了包括荷载刚度矩阵在内的大变形等参数薄壳单元的切线刚度矩阵，并介绍了平衡路径的跟踪方法，用自行研制的计算程序ＮＡＰＳ－１对几种薄壳结构进行了几何非线性全过程分析，讨论了结构的初始几何缺陷、和自重等因素对其屈曲线性能的影响。     

基于有限变形理论的ANSYS几何非线性算法缺陷分析

基于有限变形理论对ANSYS定义的应变、应力与物体真实应力之间的关系、位形、不平衡力的几何非线性计算等方面进行了详细分析,并针对ANSYS中的杆件单元Link8和平面单元Plane42,通过算例计算结果与理论解的对比,指出了ANSYS几何非线性算法的不足,即在计算过程中没有考虑到应变、应力的共轭关系,只是一种近似的非线性计算。     

砖砌体非线性有限元分析模型研究

主要论述了砖砌体非线性有限元模型、刚度矩阵、破坏准则、裂缝的模拟、砖砌体单元破坏后应力应变关系矩阵的处理，并提出相应的残余应力的释放方法。     

砖砌体非线性有限元分析模型研究

主要论述了砖砌体非线性有限元模型、刚度矩阵、破坏准则、裂缝的模拟、砖砌体单元破坏后应力应变关系矩阵的处理,并提出相应的残余应力的释放方法.     

转动矩阵在弯扭屈曲和几何非线性分析中的研究

薄壁钢梁在利用有限单元模型进行弯扭屈曲分析和三维非线性分析中,都可以通过转动矩阵来得到位移-应变的非线性关系,因此转动矩阵的精度决定了应变的准确性.在弯扭屈曲中,利用小转动理论可以得到较新势能方程,但分析的结果会高于实际值,而大转动理论可得到传统势能方程,会更接近实际值.在几何非线性分析中,由小转动理论得到的几何刚度矩阵,当结构发生空间有限转动时,边角结点弯矩会产生不平衡的附加力矩,导致结点不能保持平衡和转动连续性,需要对相应的连带力矩矩阵进行修正.而由大转动理论得到的几何刚度矩阵能保持结点平衡和转动连续性,但该单元不能通过刚体检验.     

惯性矩二次变化变截面梁柱几何非线性分析

为研究考虑剪切变形的变截面梁杆结构几何非线性问题,应用Timoshenko梁理论,采用位移、转角独立插值的方法,获取考虑剪切影响的惯性矩二次变化变截面梁单元的形函数;从严格的虚功增量方程出发,建立同时考虑轴力、剪切、弯曲效应及其耦合项的平面变截面梁柱单元几何非线性增量平衡方程,得到惯性矩二次变化变截面梁单元大位移切线刚度阵;与经典算例进行对比,验证了本文方法的精确性与有效性．     

变截面门式刚架的几何非线性性能

基于二维等截面梁元几何非线性有限元理论,按照更改的拉格朗日列式法,推导了等截面梁元弹性刚度矩阵与几何刚度矩阵,并推广到变截面梁元;通过对刚架几何非线性性能的分析,结果表明刚架刚度、刚架高度以及水平荷载对刚架几何非线性的影响较大。     

几何大变形三维梁单元的U．L列式

推出了几何大变形三维梁元的坐标转换矩阵,并且给出了大转角位移的计算公式。考虑空间梁的双向弯曲,同时考虑弯曲与轴向作用的相互耦合,在平截面和小应变的假定下,采用U．L描述,基于非线性增量有限元理论,导出了考虑位移高阶项影响的三维梁单元的切线刚度矩阵,给出了相应的有限元表达式和对应的计算方式,对空间梁元的非线性有限元程序的编制有十分重要的意义。     

梁杆结构稳定性分析的高精度Euler-Bernoulli梁单元

目的推导一种新型Euler—Bernoulli梁单元，克服传统两结点梁单元在梁杆结构稳定性分析中存在的计算精度较低的问题．方法以Euler—Bernoulli梁理论和有限元插值理论为基础，首先使用五次Hermite插值函数和二次Lagrange插值函数构造了三结点Euler—Bernoulli梁单元的横向和纵向位移场；进而依据非线性有限元理论推导了该三结点梁单元的几何刚度矩阵的单元切线刚度矩阵；最后使用静力凝聚方法消除该三结点梁单元的内部结点自由度．结果通过上述推导得到了一种新型的两结点梁单元．它和传统的两结点梁单元具有相同的自由度数量和分布．结论对梁杆结构稳定性分析中的几个典型算例进行了分析，证明此新型梁单元与传统两结点梁单元相比计算精度有了大幅度地提高．     

复杂岩体工程有限元分析中地质不连续面的力学模型—高次弱面单元分析

本文论述了六结点直边弱面单元和六结点曲边弱面单元。在分析中除考虑到地质弱面不连续性的特点外,着重研究了岩体转动对弱面的应力和位移带来的影响。文中推导了弱面单位的几何矩阵[B]~6,应力矩阵[S]~6,刚度矩阵[K]~6以及单元初应力引起的等效结点荷载{P}(?)等计算公式。它们有别于一般文献所列算式。计算和分析表明,这种考虑是完全必要的。     

高层钢结构双重非线性分析的塑性铰法

引入塑性铰的概念,建立了空间梁单元弹塑性刚度矩阵,同时考虑几何非线性、残余应力、端部约束等的影响,给出了一套钢结构复杂体系的有限元计算方法。理论上简单易行,具有良好的可靠性,为高层钢结构力学性能的实用分析奠定了理论基础。     

体外及体内无黏结预应力梁的有限元模拟

为简化无黏结预应力梁的分析过程，利用通用有限元程序建立了体外及体内无黏结预应力混凝土梁
的分析模型.该模型由两类主单元组成，即混凝土梁单元和体外/体内无黏结预应力筋桁架单元这两类主单
元的端部节点用多点约束（MPC）连接.在体外预应力梁的转向块处，或沿体内无黏结预应力梁全跨并以比
较小的间隔处，设置刚度足够大的弹簧单元利用修正的Riks算法跟踪结构的非线性全过程响应.分析结果
表明，二次效应会对体外预应力梁的弯曲刚度和极限承载力产生较大的不利影响，无黏结预应力筋的极限
应力增量随着非预应力筋配筋率的增加而减小.     

Dynamic analytic model of mechanism with links fabricated from symmetric laminates

1 INTRODUCTION The development of mechanology has a close connection with the invention and application of new materials, and the research on the application of new materials is very important in the domain of modern mechanology. It is one of the valid strategies for improving the elastodynamic properties of mechanical systems to exploit the advanced composite materials of which the high strength-to-weight ratios and damping properties are superior to those of the conventional metals. In 1…