正六边形蜂窝型空腹楼盖混凝土板的有效宽度计算

为便于工程简化计算,将混凝土楼板和下空腹钢结构梁运用刚度等效原则简化为钢结构梁,利用有限元方法分析了正六边形蜂窝型空腹夹层板楼盖和刚度等效钢结构楼盖在竖向荷载作用下的静力特性,通过对比分析,研究了不同混凝土楼板参与宽度的竖向挠度,计算出钢-混凝土组合结构混凝土楼板的有效宽度,并分析得出的混凝土板有效结构宽度与混凝土板厚度和钢-混凝土组合结构厚度间的关系。研究结果表明：正六边形蜂窝型空腹夹层板楼盖结构的抗弯刚度随剪力键高度的增加而加大,上翼缘混凝土板有效结构宽度随剪力键长细比的增加而减小;混凝土板有效结构宽度随自身板厚的增加而增加,近似为线性增长。     

简支深肋组合扁梁抗弯刚度

通过试验和ANSYS有限元数值模拟的方法研究了简支深肋组合扁梁的受力性能和受力过程中截面的应力、应变的分布规律,并通过材料力学理论和结合试验量测结果对梁截面的抗弯刚度及简支梁的平均刚度进行了分析。验证了简支深肋组合扁梁的弹性受力分析中采用的平截面假定的合理性,并提出了简支梁深肋组合扁梁抗弯刚度的计算方法。     

楔形蜂窝工字钢压弯构件静力性能研究

为了节省钢材、提高构件的刚度和强度,在楔形构件和蜂窝梁的基础上提出了楔形蜂窝构件.介绍了楔形蜂窝构件的制作方法,采用试验研究了楔率和开孔尺寸对悬臂楔形蜂窝构件刚度和抗弯承载力的影响.在试验研究的基础上,建立楔形蜂窝构件的有限元模型,研究了悬臂楔形蜂窝构件塑性区域的应力和应变的分布情况.研究结果表明,将H型钢切割制成楔形蜂窝构件,抗弯刚度和强度明显提高.悬臂楔形蜂窝构件的极限承载力和刚度主要取决于构件大头的截面高度.当孔洞大小相等时,楔率增大,制成的楔形蜂窝构件大头截面变高,构件的刚度增大.当轴压比较小时,悬臂楔形蜂窝压弯构件可以近似的采用塑性铰模型;当轴压比较大时,利用塑性铰模型分析是不合适的.     

框架深肋组合扁梁弹性刚度分析

目的 研究框架组合扁梁正负弯矩区的受力性能.方法 在假定计算截面保持平截面的基础上,采用试验研究验证和理论推导的方法,对框架组合扁梁的正负弯矩区进行刚度分析.结果 基于换算截面法的假设,通过等效刚度方法,提出了框架深肋组合扁梁等效刚度的计算方法,计算结果表明框架深肋组合扁梁抗弯刚度值与试件跨中挠度为1/400梁跨时的平均刚度值相比,误差小于6.0％,而与试件跨中挠度达1/250梁跨的平均刚度值相比,误差大约为3.0％,且偏于保守.结论 试验揭示了内嵌于混凝土楼板之中框架组合扁梁在受力过程中截面的应力、应变的分布规律,验证了平截面假定在进行框架深肋组合扁梁弹性刚度分析时的有效性.     

非匀质简支梁在反对称模态下振动的反问题

采用半逆解法,研究了非匀质材料简支梁以反对称模态振动时振动的反问题,并讨论了当梁的横截面积为定值而材料线密度为已知多项式时,如何求解梁的多项式型轴向抗弯刚度系数,同时证明了所得轴向抗弯刚度系数的正值性.     

悬臂楔形蜂窝构件静力计算方法

为了节省钢材、提高构件的刚度和强度,在楔形构件和蜂窝梁的基础上提出了楔形蜂窝构件.通过对悬臂楔形蜂窝构件进行连续化处理,建立楔形蜂窝构件的微分方程,进一步推导出楔形蜂窝构件的刚度方程.考虑次弯矩对楔形蜂窝构件抗侧刚度的影响,引入二阶塑性铰简化分析方法,来计算悬臂楔形蜂窝构件的屈服后变形,与有限元方法计算结果比较.结果表明:悬臂楔形蜂窝构件计算方法比较准确,满足工程设计的需要.     

基于等效截面惯性矩的钢筋混凝土梁抗弯刚度计算方法

基于等效截面惯性矩概念,结合钢筋混凝土梁荷载-挠度曲线呈3阶段变化的特征,建立了钢筋混凝土梁在正截面开裂前和开裂后至纵向受拉钢筋屈服前的2阶段与作用弯矩相关的抗弯刚度计算公式.以纵向受拉钢筋配筋率和混凝土强度等级为变化参数,对12根钢筋混凝土梁进行受弯性能荷载试验.通过对比分析试验梁抗弯刚度的实测值与计算值,验证了所提计算方法的科学性和实用性.     

钻孔咬合灌注桩计算模型的简化

根据抗弯刚度等效原则,推导出素混凝土-钢筋混凝土钻孔咬合灌注桩围护结构的等效本构关系.在此基础上,将钻孔咬合灌注桩围护结构等效为地下连续墙.简化模型的有效性通过ANSYS数值模拟方法进行了验证.简化计算模型的建立,方便了利用有限元方法对深基坑开挖过程中支护结构对土体变形影响的模拟分析.     

基于实验的PCB板动态性能等效建模方法

PCB板因内部结构复杂而有限元建模困难或无法进行建模,为此提出了基于实验数据的PCB板动态性能等效建模方法。该方法利用原PCB板的外观主尺寸构建等效几何模型,利用质量相等原则获得等效密度,并通过有限元理论和振动理论推导了等效模型的等效刚度求解公式。在此基础上,分析了约束方式对等效刚度的影响。等效实例分析结果证明该等效方法是切实可行的。     

考虑腹板屈曲后强度时钢梁刚度计算

利用腹板屈曲后强度设计的钢梁,达极限承载力状态时的截面刚度比梁全截面有效时的刚度小。本文使用有限元分析的方法,研究腹板高厚比和翼缘宽厚比对腹板屈曲后的梁截面刚度的影响。引入刚度修正系数来考虑梁截面刚度的减小,提出了简支梁有效截面惯性矩、刚度修正系数的计算公式和钢梁刚度的计算方法。     

蜂窝梁抗弯承载力的有限元分析

目的为了进一步了解蜂窝梁的抗弯承载力极限状态、方法采用有限元分析软件ANSYS建模，对相同跨度、相同开孔率及开孔数目的圆孔和六角孔两种不同截面形式的蜂窝梁进行分析、比较，得出不同截面形式和不同开孔率对蜂窝梁抗弯极限承载力的影响、结果对于两种不同截面形式的蜂窝梁，在相同开孔率及开孔数目的情况下，圆孔梁的极限承载力要高于六角孔梁的极限承载力，结论利用有限元软件能够较好地模拟出开孔率及不同截面形式，对两种蜂窝梁抗弯极限承载力的影响．两种不同截面形式蜂窝梁，在开孔率相同时。随着荷载逐渐增加，梁由弹性进入弹塑性进而达到塑性阶段，同时塑性向空腹截面及孔周边发展、腹板出现一定鼓曲现象。梁即达极限状态、同时梁中部出现较大侧弯扭变形，出现整体失稳，在孔角处存在应力集中、在开孔率不同时，随着开孔率的逐渐增大，圆孔梁的极限承载力明显高于六角孔梁的极限承载力。     

单层单跨组合梁钢框架刚度的分析

为研究竖向荷载作用下单层单跨组合梁钢框架的刚度,将组合梁钢框架中的梁简化为阶梯形变截面梁,进行参数确定;应用试验值验证ANSYS有限元程序分析组合梁钢框架的可行性,利用此程序进行组合梁钢框架的非线性分析,确定了组合梁钢框架在竖向荷载作用下的负弯矩区长度参数,从而建立了该组合梁刚度计算模型.采用等效原理,确定出竖向荷载作用下单层单跨组合梁钢框架的等效刚度计算公式,给出工程设计时刚度取值的建议,并与有限元分析结果进行了对比.结果表明:理论分析和推导与ANSYS有限元分析结果吻合很好.     

纯弯曲蜂窝梁弯扭屈曲的有限元分析

目的 为了进一步研究蜂窝构件纯弯状态下的弯扭屈曲．方法笔者利用有限元软件ANSYS对两种不同截面的H形钢梁在纯弯曲时的弹性弯扭屈曲临界荷载进行了分析，对所得到的结果与理论公式计算的结果进行了比较，结果吻合的较好，这表明ANSYS软件分析具有可行性，根据这一结果，蜂窝梁在纯弯曲时的弹性弯扭屈曲临界荷载可以采用该软件进行模拟分析．结果 对开孔率相同跨度不同以及跨度相同度开孔率不同的蜂窝梁进行了计算并对计算结果与原型钢进行了分析比较．结论 利用有限元软件可以很好地模拟出开孔率及不同截面的纯弯蜂窝梁的弯扭屈曲临界弯矩，蜂窝梁的弯扭屈曲临界弯矩明显高于原型钢钢梁，其值随着开孔率的逐渐增加而降低。但是开孔率的影响并不十分明显。     

六边形孔蜂窝梁力学性能与计算方法

为进一步研究蜂窝梁的力学性能,推广其在实际工程中的应用,基于ANSYS有限元分析软件,采用板壳元建立不同参数的六边形孔蜂窝梁计算模型,对其静力性能开展研究.探讨了跨度、开孔率、孔间距等关键设计参数对梁强度、刚度和稳定性能的影响;并将计算结果与相同截面的实腹式构件对比,给出了较为简化的实用计算公式,采用该公式可快速求得蜂窝梁的极限承载力.     

Bending behavior of carbon nanotube-reinforced composites

The multi-scale modeling method was utilized to study the bending characteristics of a carbon nanotube(CNT)and CNT-reinforced composites.Through combining molecular dynamics and continuum mechanics,the tensional and flexural modulus of a CNT were calculated by a finite element model constructed by reticulate beams with solid cylinder shape and energy equal to C-C bonds.Then,another beam element with hollow cylinder shape and equivalent stiffness was utilized in place of a CNT in a matrix,thus,a multi-scale representative volume element(RVE)model of CNT-reinforced composite was established.Using this RVE model,the bending behavior of CNT-based composites was analyzed.The influence of diameter D,length L,aspect ratio L/D,volume fraction,chiral of CNTs and shape of RVE as well as the arrangement of CNTs in matrix on the reinforcement effect of flexural modulus of resultant nanocomposites were further discussed.The obtained data provide useful information for the design of CNT-reinforced composites.     

预弯组合梁截面抗弯承载力计算方法的再研究

为简化现行标准中预弯组合梁抗弯承载力计算方法,基于塑性理论,对塑性抗弯承载力计算方法进行推导,并从安全性出发,最终提出了一种预弯组合梁的抗弯承载力简化计算方法.采用该简化计算方法、现行标准的弹塑性计算方法及塑性计算方法分别对7根试验梁的抗弯承载力进行计算,采用通用有限元软件Abaqus对预弯组合梁进行非线性有限元分析,...     

基于变分渐近法的双周期梯形波纹板等效模型

双周期梯形波纹板是沿两个平面方向均呈周期性梯形波纹变化的新型轻质结构，现阶段对其力学性能与结构参数之间关系的研究较少，限制了该结构的推广应用。针对该问题，以凸起为中心的典型代表单元单胞为研究对象，利用变分渐近法建立单胞等效刚度的数值计算模型。再通过均匀化技术将双周期梯形波纹板转换为具有相同刚度特性的正交异性板进行分析。基于该方法分别计算出不同结构参数下的等效刚度、宏观变形和屈曲模态，通过与三维有限元模拟结果对比验证等效模型的精确性。计算结果表明：由于形貌变化，双周期梯形波纹板的等效刚度较平板的拉伸刚度降低，弯曲刚度增加；随着凸起间距的增大和板高度的减小，波纹板的拉伸刚度逐渐增大，弯曲刚度逐渐降低；而随着板厚度和腰部长度的增加，弯曲刚度呈上升的趋势。构建模型适用于波纹周期远小于结构尺寸的情况，由于等效板模型的近似能量与原三维波纹板能量尽可能接近（通过对能量泛函变分主导项的渐近扩展分析加以保证），可用于计算不同材料波纹板等效弯矩和等效最大拉压应力等，能有效减少计算量和节省计算资源。     

Research of Elastic and Elastic-Plastic Deformation on Bending Problems of Variable Stiffness Beams

关于抗弯刚度变化的弯曲梁弹塑性变形问题的研究

黄磊,侯增选,张迪婧,赵有航

（大连理工大学 机械工程学院,大连 116024）

摘要：

本文构建一种新的可变刚度悬臂梁力学模型,以用于深入分析任意变刚度梁的弹性塑性弯曲问题。首先设定所要分析的梁是一种理想的各项同性的弹塑性材料,并且梁的各项材料参数如弹性模量惯性矩等均沿梁的轴线方向不断变化,同时考虑剪切对梁弯曲变形的影响。当梁在受到垂直集中力作用于梁的自由端时,分别给出在弹性阶段、塑性阶段全梁的挠度、转角微分方程。对于刚度任意变化的塑性阶段的变形分析,本文采用一种优化的微分求积分进行数值求解。最后分别通过MATLAB数值计算、DQM计算和abaqus有限元仿真分别分析了弯曲刚度轴向变化对悬臂梁的弹塑性变形的影响。数值仿真结果验证了该力学模型的实用性,并通过将微分求积法DQM的计算结果与有限元法的计算结果进行精度和效率的比较,结果表明DQM法在变刚度梁的复杂弹塑性行为的分析中不失为一种十分有效的科学方法。

关键词：剪切变形;弯曲问题;可变刚度;横截面;DQM法;弹塑性变形

     

Dynamic analysis and modal test of long-span cable-stayed bridge based on ambient excitation

To study the stiffness distribution of girder and the method to identify modal parameters of cable-stayed bridge, a simplified dynamical finite element method model named three beams model was established for the girder with double ribs. Based on the simplified model four stiffness formulae were deduced according to Hamilton principle. These formulae reflect well the contribution of the flexural, shearing, free torsion and restricted torsion deformation, respectively. An identification method about modal parameters was put forward by combining method of peak value and power spectral density according to modal test under ambient excitation. The dynamic finite element method analysis and modal test were carried out in a long-span concrete cable-stayed bridge. The results show that the errors of frequencies between theoretical analysis and test results are less than 10% mostly, and the most important modal parameters for cable-stayed bridge are determined to be the longitudinal floating mode, the first vertical flexural mode and the first torsional mode, which demonstrate that the method of stiffness distribution for three beams model is accurate and method to identify modal parameters is effective under ambient excitation modal test.