二阶理论条件下的梁杆系统精确有限元方程及应用

运用二阶理论导出平面梁单元在纵横弯曲状态下的有限方程,用实例说明其在稳定性计算和非线性分析中的应用,并与普通非线性有限元方法进行了比较。     

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．     

非线性有限元法分析预应力砌体墙结构

集中配筋砌体中加预应力的砖砌体结构是一种能减轻砌体自重、改善结构抗震性能、提高房屋层数的合理结构形式。采用非线性有限元法对预应力砖砌体结构进行模拟分析,确定了钢筋混凝土的木构关系,并根据提前人的试验及经验公式,建立了新的砌体破坏准则及砌体在双轴作用下的本构关系,分析了预应力对砌体结构的贡献。     

机械结构非线性动力有限元分析

有限元结构分析通用软件已普遍应用于机械产品的分析计算，在进行动力分析计算时，研究对象的模型简化、网络剖分以及某些参数的输入十分关键，总结了各种类机械产品的工程实例计算中的经验，指出使用通用软件进行频率求解，动力响应分析，稳定性分析以及接触应力分析时应注意的问题，并给出边界元的简化方法以及参数输入的技巧。     

板壳结构屈曲分析的非线性有限元法

为进行板壳结构的屈曲分析。采用三维退化曲壳元离散板壳结构，在TL列式下了考虑双重非线性的单元切线刚度矩阵，提出采用罚单元法处理结构加载边的位移的约束条件。应用所编制的程序，进行了平板、曲壳以及板式门架的双重非线性屈曲分析。对比分析表明了方法的可靠性和有效性。     

柔索结构的样条元法和有限元法

把作者首次推出的几何非线性柔索结构样条元法与有限元法进行比较 ,得出样条元法自由度少 ,收敛快 ,精度高 .     

一种用于非均匀弹性材料分析的有限元法

根据材料细观力学研究非均匀材料性能的需要,在平面和三维弹性材料分析的有限元法的基础上,探讨一种用于非均匀弹性材料分析的有限元法。利用本方法及其微机程序,可算出细观非均匀各向同性弹性材料模型各处的弹性系数。     

几何非线性对空间网架结构自振特性的影响

按照全Ｌａｇｒａｎｇｅ描述法，分析了几何非线性因素对空间网架结构的影响。算例中对所给出网架的节点挠度及自振特性，与线性计算结果作了比较。     

A形井架结构稳定性分析

本文应用随机有限元法，对A型井架进行了多参数随机振动的一，二阶灵敏度分析，给出了随机屈曲荷载的表达式，所得结论可为再建井架设计提供参考。     

悬索桥桁架加劲梁动力等效成等截面欧拉梁方法

针对悬索桥桁架加劲梁在数值计算、模型设计中简化问题,基于单独桁架加劲梁动力特性分析结果,以竖弯、侧弯、扭转基频相等为原则,推导并给出了不同边界条件（悬臂和两端固结）对应等截面欧拉梁等效质量惯性矩,等效抗弯刚度和等效抗扭刚度简化计算公式,然后将该计算式应用于某主跨576 m板桁结合梁悬索桥加劲梁等效分析. 结果表明:基于动力特性等效方法非常简单有效;所有基于欧拉梁的等效方法均存在无法考虑桁架梁抗剪性能的缺点,越长的桁架加劲梁越接近纯弯欧拉梁,悬臂边界的桁架梁比两端固结的桁架梁更接近欧拉梁,在等效悬索桥桁架加劲梁时应选用尽量长的精细化桁架梁段和悬臂式的约束边界条件.     

双环可展桁架结构动力学分析与试验研究

基于广义逆矩阵方法分析双环可展桁架的运动过程,通过数值仿真,得出双环可展桁架在展开过程中的各个状态.经过对比分析可知,对于大口径天线,双环可展桁架的刚度可以比同口径单环可展桁架明显增加.利用上述仿真程序输出的几何模型,进一步对50m双环可展桁架原型建立有限元模型,并进行展开过程中各状态的振动模态分析.对2m天线试验样机采取悬挂法消除重力影响并进行振动模态试验,且将其与有限元计算结果对比,结果表明两者的频率较为接近,验证了有限元动力学分析的正确性.     

新型自复位钢桁架梁的受力机理及抗震性能

将预应力钢绞线与消能杆引入钢桁架梁,利用消能杆、预应力钢绞线分别来消耗构件的变形能、实现结构的自复位功能,从而有效减轻结构震后残余变形。理论推导了自复位钢桁架梁端截面对应于其恢复力骨架曲线关键特征点处的弯矩和刚度值;采用有限元分析软件OpenSees建立了钢桁架梁的分析模型,进行了单向和往复水平荷载下非线性分析。结果表明：对应关键点处的梁端弯矩和刚度的模拟值与理论值吻合较好,往复荷载作用下分析结果验证了该类钢桁架梁具有很好的自复位和耗能性能。     

轻型木桁架体系系统效应分析

为了定量认识轻型木桁架体系性能优于单榀桁架性能这一现象,采用随机抽样模拟的方法对轻型木桁架体系的系统效应及其影响因素进行了分析.分析过程以轻型木桁架体系的三维有限单元模型为基础,在ANSYS PDS平台中对3种结构布置的桁架体系考虑不同的规格材及齿板节点性能统计特征后进行反复抽样,以应力比及整体变形为指标对系统效应系数进行定量计算,得出的应力比系统效应系数在1.05~1.27之间,变形系统效应系数在1.12~1.29之间.通过对影响系统效应的参数进行分析表明,轻型木桁架体系的系统效应主要受破坏模式、体系体量大小、边界支承条件和规格材弹性模量及强度相关性的影响,分析结论为编制轻型木桁架设计标准提供了参考.     

梁结构损伤识别模拟方法研究

在梁结构损伤识别中,有多种方法可以模拟结构的局部损伤,如折减单元截面惯性矩、降低单元的弹性模量、减小截面的厚度等。在各种模拟方法下对结构的动力性能进行了分析研究,提出了采用增加单元质量的方法来模拟结构的损伤,并通过H型钢梁进行模拟,对比验证了这几种方法的优劣性。     

区间不确定信息下微网小干扰稳定性分析方法

针对微网发电、网络以及负荷的不确定性,研究了一种基于二阶摄动理论的微网小干扰稳定性分析方法。首先建立区间不确定信息下描述微网振荡模式阻尼比分布情况的复模态二阶摄动模型,在此基础上,揭示微网参数在不确定区间内连续变化时,振荡模式阻尼比的运动轨迹,并据此评估系统参数的不确定变化对振荡模式阻尼比的影响,为运行人员提供更加全面的小干扰稳定信息,以改善不确定信息下系统的小干扰稳定性。通过算例验证了该方法的正确性和有效性。     

空间网架结构损伤程度识别的数值模拟与试验研究

空间网架杆件的损伤程度识别是网架结构健康检测中十分重要的环节,对网架结构的安全性和适用性起到决定性作用。在定位损伤杆件的前提下,通过模型试验和数值模拟手段,提出应用瞬态响应动力分析方法对四角锥网架杆件进行损伤程度识别,获得不同损伤程度杆件两端节点的位移时间历程曲线,应用Matlab对该曲线进行拟合分析。结果表明：在不同损伤工况下,损伤杆件两端节点的位移时间历程曲线可以近似拟合成直线,通过对该直线的斜率与杆件损伤程度的分析,分别得到上弦杆件、腹杆、下弦杆件两端节点的位移时间历程直线的斜率值与杆件损伤程度的关系式,通过该关系式可以较准确的识别出四角锥网架杆件的损伤程度。     

梁式全碳纤维复合材料桁架模态及阻尼特性

为表征梁式全碳纤维复合材料桁架模态及阻尼特性,建立实体单元有限元模型进行桁架模态仿真,提出基于仿真结果采用模态应变能阻尼模型计算结构阻尼损耗因子的方法;此外,为提高模态分析效率,引入梁等效理论建立等效分析方法.仿真及等效分析结果与实测值的对比表明:梁等效理论、仿真及实验所得振型基本一致;仿真频率及结构阻尼损耗因子计算值误差均小于10%,所述模态仿真和阻尼计算方法有效,最后基于仿真结果验证了梁等效理论针对大尺度桁架模态的分析精度.     

重载机器人横梁结构静动态特性分析与优化

为了探究并改善重载桁架机器人横梁结构在承受极限负载压力下的静动态特性,利用有限元方法分析该结构的静动态特性并进行结构优化. 静态分析结果表明,横梁结构在承受极限负载17 800 N的压力下,横梁结构在Y方向上的最大变形量为0.470 mm. 动态分析结果表明,横梁结构的前6阶固有频率为47~134 Hz. 谐响应分析结果显示了前3阶固有频率对结构的影响. 优化结果表明,在中心复合设计(CCD)与最佳填充空间设计(OSF)2种不同实验设计方法下,OSF实验设计方法具有更好的优化效果. OSF实验设计优化后,横梁结构的质量降低了1.47%,总变形量降低了18.41%,频率降低了13.48%.     

高层结构屋顶构架风振控制设计与研究

以合景大厦为工程背景,介绍了屋顶构架风振控制设计,并给出了基于弯曲错动耗能的阻尼片的试验性能分析及屋顶构架控制的数值计算结果.分析结果表明:增加阻尼材料厚度和钢板厚度均可增加阻尼片的耗能能力;在结构中布置阻尼片可以有效地降低屋顶构架及结构顶层的动力响应,能够较好地改善屋顶构架的层间相对位移,满足结构舒适度要求.构架层间位移角最大控制效果为41.4%,构架顶点位移响应最大值控制效果为13.9%,结构顶点加速度响应最大值控制效果为38.3%.在本工程采用的耗能减振技术,具有明显的技术经济效益.