大转动几何非线性梁变形问题的优化求解

目的提出一种有效确定梁大变形量的求解思路。解决对几何非线性梁大变形问题的直接分析．方法直接从梁变形后的平衡状态出发，将梁分为有限子段。对每个子段在其流动坐标上进行小变形计算，并在总体坐标上累积端点坐标、建立了以平衡状态端点坐标为设计变量，以端点的计算积累坐标与端点坐标差平方为目标函数的获得梁大变形量的无约束优化方法．结果通过编制的优化程序进行了悬臂梁受集中载荷时的大变形问题的计算，并与Ansys有限元法计算结果进行对比．结论以建立平衡位置坐标和结构变形的协调条件为目标函数，提出的大变形问题的直接优化算法，实现了平衡位置的结构变形的直接分析计算。为几何非线性大变形问题的直接计算分析提供了新途径．     

一种分析静电驱动微悬臂梁变形的高精度算法

考虑静电力边缘效应的影响,建立了微悬臂梁的静态变形分析模型,通过梁弯曲理论将控制方程化为一阶非线性微分方程组,结合打靶法和迭代修正齐次扩容精细积分法提出了一种分析微悬臂梁变形的半解析、半数值算法,同时,采用增量迭代保证了求解的收敛性。数值算例表明,本文所提出的方法具有较高的精度和稳定性,是分析微悬臂梁变形的一种有效方法。     

基于近似边界条件的翼型跨声速颤振数值模拟研究

采用近似边界条件对二维翼型的跨声速颤振进行了数值模拟.计算网格采用静止的笛 卡儿网格,通过薄翼和机翼小变形假设,使用一阶近似边界条件求解欧拉方程;由于文中方法 在计算过程中不需要重新生成网格,节省了大量的时间.计算了Isogai机翼模型的颤振边界, 与参考文献的计算结果吻合良好,证明了基于近似边界条件的跨声速颤振数值模拟方法的高效性和准确性.     

分布荷载下简支梁大变形的优化算法

目的研究分布荷载作用下的简支梁大变形问题的直接优化算法,求解复杂载荷作用下几何非线性梁的转角与位移.方法以平衡状态下梁未知转角和未知坐标为设计变量,通过含未知坐标的子段内力和变形关系与总体坐标累计计算,建立了确定未知坐标的复杂嵌套式动态目标函数,形成梁大变形量计算的优化问题,并编制计算程序分析典型实例.结果获得了分布载荷作用下的简支梁产生大变形时的各分点转角与位移,通过与Ansys 9.0有限元软件计算结果相对比,表明研究算法的正确性.结论通过分布载荷作用下梁的大变形算法分析,为复杂几何非线性静动态问题求解提供了新方法.     

随机参数链式机械系统动力特性分析

对求解结构固有频率的传递矩阵进行扩阶,推导了链式机械系统振动分析的扩阶传递矩阵算式．利用扩阶的传递矩阵和系统的边界条件建立了求解系统固有频率的高次代数方程,并应用数值方法求解．建立了随机性结构参数的链式机械系统动力特性分析模型,利用Monte Carlo数值模拟方法获得系统的特征值随机变量的数字特征．两个算例验证了这种模型的合理性和求解方法的正确性,计算出随机参数机械系统固有频的率均值和方差,分析了结构参数的随机性对系统动力特性的影响．     

瞬态Navier-Stokes方程的最小二乘有限元降阶计算方法

为了解决在应用数值算法计算瞬态流体方程以分析流体运动特征时,方程的自由度过大,所耗用计算资源较多的问题,提出了一种求解瞬态不可压缩流体问题的降阶计算方法。该方法首先应用最小二乘有限元法计算部分时刻流场的解构成瞬像矩阵,然后对瞬像矩阵进行特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)提取流场的特征函数,最后结合Galerkin正交投影方法构建求解瞬态Navier-Stokes方程的降阶计算模型。应用降阶计算方法对顶盖驱动流模型进行分析,计算结果表明:前9阶POD正交基可以捕获流场超过99%的广义能量信息,能够比较精确地描述流场的主要物理特征,所构造的降阶模型方程的自由度远小于全阶模型方程的自由度;降阶模型的计算结果与全阶模型的计算结果符合得很好,验证了降阶计算方法的准确性。     

适用于中等水域波浪的高精度数值模型

为了较好地模拟中等水域的波浪传播变形,采用Copeland(1985)的双曲型缓坡方程,在非交错网格下建立数值模型.模型中时间导数项采用混合4阶Adams-Bashforth-Moulton格式,空间一阶导数采用5点4阶精度格式.利用模型模拟圆型浅滩和椭圆型浅滩上的波浪传播变形,数值再现了波浪传播中的变浅、折射、绕射以及反射等现象,将波浪发展稳定后的2个周期内的全场数值波面升高进行统计,可得计算域内所有点的均方波高值.比较实验中给出断面的波高与对应的数值波高,可见二者的吻合程度较好.这说明高精度格式可精确地应用于数值求解双曲型缓坡方程,其数值模拟效果合理.适用中等水域波浪场的实际模拟.     

适用于大变形分析的平面协调梁单元

常用的平面欧拉梁单元位移插值模式应用于大变形问题的T.L.有限元分析时，不能满足单元间转动位移协调要求，降低了有限元的求解效率和计算精度.针对该问题，导出了Lagrangian描述下平面梁单元节点转角和位移导数间的关系，根据单元间平动位移和转动位移的协调条件构造出大变形梁单元的位移插值模式.在此基础上给出了单元Green应变的表达式，并基于虚功原理得出了平面欧拉梁大变形条件下的有限单元列式.编制了采用修正牛顿法求解的有限元程序，通过数值算例验证了单元的合理性和有效性.计算结果表明，该单元具有计算量小、计算精度高的优点.     

基于Schur分解的比例边界有限元方法求解环形域静电场

应用比例边界有限元方法求解同轴电缆(环形域)静电场边值问题.为了避免特征值方法出现的奇异问题,采用Schur分解修正原有的特征值方法.在比例边界坐标变换的基础上,利用加权余量法将环形域静电场边值问题的控制方程半弱化为关于径向坐标的2阶常微分方程的两点边值问题,引入辅助变量将其降阶为1阶常微分方程,用Schur分解方法求解此方程可获得通解,并通过边界条件确定积分常数.计算不同截面形式的同轴电缆,结果表明,Schur分解很好地避免了特征分解的奇异性问题,与其他数值方法相比,此方法适用性强,且具有精度高、数据量小、运算量小的优点.     

柱形喷流中考虑同步自吸收的伽玛射线暴余辉

在统一动力学模型和柱形喷流模型的基础上,用四阶的龙格库塔法求解动力学演化的方程,并考虑同步加速辐射中的自吸收效应,用数值计算方法得到GRBs余辉随时间t演化关系．     

悬臂梁段不同拼接方式下延性节点静力性能分析

为了解决装配式钢结构的抗震问题,提出3种适用于模块化装配式钢框架的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点,通过拼接区的滑移或者削弱梁段的塑性变形实现节点良好的延性性能.为减少强震作用对梁柱连接焊缝的破坏,对3种不同的节点提出了各自的抗震设计要求.在对3组试件进行足尺静力试验的基础上,对节点进行了单调加载有限元分析.获得了节点的弯矩-转角曲线以及节点的破坏模式,并和试验结果进行了对比,得到了接触面摩擦力和螺栓拉力的变化规律.通过推导的简化计算公式对节点的初始转动刚度、滑移荷载和屈服荷载进行了计算.结果表明:节点静力加载的破坏模式为靠近拼接区域的悬臂梁下翼缘或者削弱梁段单独或者同时发生较大的局部屈曲变形,节点在破坏前经历了充分的塑性变形,属于延性破坏,3种试件都有良好的延性性能和塑性转动能力.节点简化计算公式得到的结果和试验结果吻合良好.     

爆炸下考虑钢梁翼缘变形的改进单自由度法

为解决爆炸下结构产生较大局部变形时采用等效单自由度方法计算结构整体位移会出现较大误差甚至错误的问题,在单自由度理论基础上,以工字型钢梁为研究对象,通过分析翼缘局部变形对钢梁整体位移的影响规律后,基于提出的钢梁截面简化变形模型对其弯曲抗力函数进行改进,提出钢梁抗爆分析的改进单自由度方法。通过有限元软件ABAQUS数值模拟不同爆炸工况下钢梁的动态位移响应与破坏特征,并与单自由度模型及改进单自由度模型的计算结果进行对比,研究了不同计算模型下钢梁的位移及破坏差异。结果表明：与有限元模拟结果相比,钢梁翼缘局部变形越大,单自由度模型计算结果偏小越严重,而改进单自由度模型计算结果较好,可以更好地适用于钢梁抗爆分析的位移简化计算。     

基于钢束优化配置的PC梁桥长期变形控制

针对大跨度预应力混凝土箱梁桥普遍出现的长期变形过大的问题,通过对预应力钢束配置进行优化,降低最大悬臂施工阶段的初始位移,进而减小过大的长期变形,达到挠度控制的目的.构建单位预应力的挠度矩阵,以挠度为控制目标,利用ANSYS进行钢束优化求解得到钢束最优配置.结果表明,优化设计后的挠度较恒载零弯矩法减小40%.利用ANSYS进行钢束优化设计的方法对预应力混凝土箱梁桥的长期变形控制具有良好的效果.     

一种结构载荷识别的级数展开法

提出利用梁上测点处变形的测量值识别梁上所受集中力大小和位置的方法。采用正交函数基,描述集中力作用下梁变形的曲线,推导基于梁的变形数值反演所受集中力的大小和位置的计算公式,获得了稳定、收敛的结果。应用有限元方法计算两端简支梁在集中力作用下的变形,对本文提出的集中力识别方法进行了数值仿真,仿真结果证明了本文方法的可靠性和有效性。     

阶梯梁弯曲变形计算

将弯曲变形计算中的“面积——面矩法”扩展演变成为便于应用计算机求整根梁变形的通用计算方法。编制的BASIC程序能简捷地求解复杂受载条件下变截面梁的弯曲变形,并绘出转角、挠度曲线、计算误差不超过1％。     

大型钢网架穹顶结构弹塑性稳定性分析

针对大型LNG储罐钢网架穹顶结构的弹塑性稳定性分析,基于刚体准则与改进塑性铰模型建立适于几何与材料双非线性分析的空间弹塑性梁单元,研究局部荷载扰动与整体模态扰动两种不同的初始缺陷处理方法以及材料非线性对结构稳定承载力影响的差异。结果表明:初始缺陷、材料非线性与约束刚度减小均会降低网架穹顶结构稳定承载力;荷载干扰下,结构稳定承载力对干扰大小敏感而对位置不敏感;模态干扰属于整体几何缺陷,结构整体初始变形较大,荷载位移曲线平滑。与ABAQUS相比,所建的弹塑性刚体准则空间梁单元及其相应的非线性分析方法效率与精度兼优,适用于大型复杂工程结构非线性分析,在处理局部缺陷对结构稳定性的影响上具有优势。     

焊接对大型石油储罐象足屈曲的影响规律

为了研究大型石油储罐在地震载荷作用下发生象足屈曲时的临界载荷与理论计算值之间的差异成因,采用数值模拟方法分析大型石油储罐纵环焊缝、焊接次序等因素对象足屈曲临界载荷的影响. 提出焊接残余变形可以看作圆柱壳壁上的初始几何缺陷,在一定程度上会减小大型油罐的象足屈曲临界载荷.利用固有应变有限元法建立考虑焊接残余应力及变形的大型油罐象足屈曲准静态计算模型,分析焊缝有无、焊缝类型、焊接残余应力和变形、焊接次序对油罐象足屈曲的影响. 结果表明,焊缝的存在都在不同程度上降低了油罐的象足屈曲临界载荷;在相同的固有应变下,油罐象足屈曲临界载荷降低的程度与焊缝的类型有关;焊接残余应力和变形越大,象足屈曲临界载荷越低,焊接次序对油罐的象足屈曲临界载荷影响不大;焊接产生的残余应力及变形的存在使得油罐罐壁发生象足屈曲处的位置有了一定程度的提高．     

某鱼腹式连续箱梁桥静载试验及分析

阐述了某鱼腹式连续箱梁桥静载试验的方法、内容和实际加载方案,为检验该类桥的静力性能,对跨径为30 m＋48 m＋30 m的某鱼腹式箱型截面连续梁桥进行静载试验。测试了结构的应变（应力）、挠度等,并将实测值与有限元计算的理论值进行了对比分析。结果表明,应变与挠度测试结果与理论数据相符,应变校验系数在0.60~1.00之间,且卸载后无残余变形,该桥承载力处于安全的状态.     

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性。基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数对此类节点抗弯承载力的影响规律。在参数分析的基础上建议了此类节点的抗弯承载力简化计算公式,简化计算结果与有限元计算结果总体上吻合良好。     

弹性基础上梁的瞬态动力响应

研究了弹性基础上横向动力载荷作用下Euler梁的瞬态动力响应问题.采用模态叠加法推导出了动力载荷作用下弹性基础上梁的动挠度解析表达式,且分别给出了梁在突加和阶跃两种载荷作用下中点挠度的动力响应曲线.