薄壁构件整体稳定性的有限元模拟

对薄壁构件整体稳定性分析中的薄壁梁单元和壳体单元两种有限元模型的特点进行了讨论,并提出一种新的适用于薄壁构件整体稳定分析的壳体单元模型,该模型可以有效消除各种局部屈曲模态的影响.采用通用有限元软件ANSYS,分别利用壳体单元模型和薄壁梁单元模型,分析了双轴对称截面梁、单轴对称截面梁、轴心受压构件、压弯构件和变截面梁的稳定性,通过与经典解或已有研究结果的比较对有限元模型的可靠性以及存在的问题进行了讨论.通过分析,发现ANSYS的薄壁梁单元模型不能用于分析单轴对称截面梁和压弯构件的弯扭屈曲,同时在分析变截面薄壁构件的稳定性时可能产生较大的误差;常用壳体单元模型可能由于截面的局部屈曲模态不能得到整体屈曲的临界荷载;提出的壳体单元模型可以精确模拟薄壁构件的整体稳定性.此外,提出的壳体单元模型不仅可以用于分析薄壁构件的整体稳定性,也可以作为检验薄壁构件整体稳定理论正确性的重要依据.     

单箱多室复合材料薄壁箱形梁的纯扭转分析

将单箱单室复合材料箱形梁纯扭转的分析方法拓展到单箱多室。结合经典的薄壁梁理论与复合材料理论，通过换算将层合材料离轴刚度等效为扭转刚度，对单箱中的各室建立剪力流方程，与扭矩平衡方程联立求解。通过算例将该方法与有限元法进行比较，各项应力的计算结果均相符，尤其是采用该方法计算得到的扭转产生的剪应力精度更高。采用该方法计算所得的各项应力均能满足实际工程设计的需要。     

任意截面无黏结预应力混凝土梁的有限元分析

建立了基于大变形非线性有限元理论的无黏结预应力混凝土梁的计算模型,能够较好地预测任意截面无黏结梁整个加载历史的非线性结构响应.无黏结筋的效应以等效节点荷载替代,由此可按普通有黏结钢筋混凝土梁进行分析,其截面内力由外荷载和无黏结筋等效节点荷载共同引起.利用修正的Rodriguez截面分析模型,混凝土的贡献通过边界顶点定义的梯形单元来实现.导出了任意截面无黏结预应力混凝土梁非线性全过程分析的标准有限元公式.无黏结试验梁的分析计算结果与试验结果吻合良好.     

U型薄壁RC受扭构件非线性分析模型及应用

为实现混凝土U型薄壁受扭构件的非线性力学性能分析,本文基于Vlasov开口薄壁结构弹性理论、变角空间桁架模型和微分方程数值解法,提出了钢筋混凝土U型薄壁构件受扭非线性分析模型.针对开口薄壁受扭构件同时存在自由扭转和翘曲扭转的特点,分别推导了U型薄壁截面自由扭转和翘曲扭转非线性刚度分析模型,进而建立了开口薄壁构件受扭非线性分析模型.所提出的受扭非线性分析模型同时考虑了混凝土和钢筋的材料非线性特性、开口薄壁构件的几何非线性特性和自由扭转与翘曲扭转的耦合效应.利用所提出的受扭非线性分析模型编制相应的分析程序,并对5个U型薄壁钢筋混凝土构件进行受扭全过程分析,分析结果与5个U型薄壁钢筋混凝土受扭构件的试验结果均吻合较好,从而验证了所提出的U型薄壁钢筋混凝土构件受扭非线性分析模型的正确性.所提出的受扭非线性分析模型具有计算简单和分析精度较高的特点,可进行混凝土U型薄壁桥梁受扭非线性分析并为该类桥梁的工程设计提供参考.     

等参有限元法在平面曲线梁桥中的应用

以单纯扭转理论假定为基础，采用三节点的等参曲梁有限元来分析曲线梁桥，根据推导的刚度矩阵编制了计算程序并给出了2个算例。这种具有9个自由度的曲梁有限元方法，可以认为是三节点等参直梁有限元和圆弧曲杆有限元的有机结合，相对于二节点的圆弧曲杆有限元，考虑了曲梁的横向剪切变形的影响。同时直接计算出对设计比较重要的剪力值，既能适用于薄梁，也能适用于中厚梁.     

考虑惯性力矩与剪切变形的曲梁面内自由振动微分方程的建立

振动微分方程的推导与建立是结构动力分析的关键.依据Timoshenko梁理论,计入惯性力矩与剪切变形的影响,通过联立几何变形协调方程与内力平衡方程,推导建立曲梁面内横向弯曲自由振动微分方程与曲梁面内轴向自由振动微分方程.研究结果为曲梁动力学研究提供一定的理论基础.     

基于双参数地基梁的框支密肋复合墙梁受力分析

为了研究框支密肋复合墙梁的受力性能,应用弹性地基梁理论,将上部密肋复合墙体简化为考虑剪切作用影响的Pasternak双参数弹性地基,托梁视为倒置于弹性地基上的有限长梁,借鉴Vlasov模型推导了考虑材料性能差异的等效地基参数,进而建立了托梁的挠曲变形控制微分方程;采用传递矩阵法求解了墙梁界面的竖向应力分布及托梁内力,并与有限元分析结果进行了对比,二者吻合较好.结果表明,基于双参数弹性地基上的梁模型能够较好地反映框支密肋复合墙梁的受力性能.     

弹性支撑及连接边界的多跨曲梁面内自由振动分析

针对弹性支撑边界曲梁的振动问题,采用一种改进的傅里叶级数方法对多跨曲梁面内自由振动特性进行了求解分析.将曲梁面内径向和切向位移函数表示成傅里叶级数形式,并引入辅助多项式函数用以解决弹性边界的不连续性.采用瑞利-里茨方法求解基于能量原理的哈密顿方程,得到关于未知位移幅值系数的标准特征值问题,求解得到多跨曲梁的固有频率和振型.通过单跨、两跨的自由、简支、固支等传统边界及弹性边界的曲梁模型结果与有限元法结果的对比验证了本文方法的正确性,并分析了两跨固支曲梁中间连接刚度对固有频率的影响.     

空间管桁架混凝土组合梁受弯性能试验研究

设计制作了空间管桁架混凝土组合梁,通过组合梁的试验研究,得到了荷载-跨中挠度关系曲线、组合梁沿梁长方向的挠度曲线以及组合梁跨中截面应变沿梁高变化曲线,对比有限元分析结果表明：组合梁纵向应变沿梁高近似符合平截面假定;在整个受力阶段钢管桁架和混凝土翼板共同受力性能良好;组合梁在荷载作用下的抗变形能力较强;管桁架节点受力复杂,节点承载力是结构承载力的控制因素;有限元模型可以真实地反映实际结构的受弯承载力和挠度发展的情况。     

任意形状曲梁的刚度阵

有很多文献研究曲杆弯曲问题，但多数是讨论规则的结构形状（例如圆弧），在工程实际中也采用任意形状的曲梁及任意载荷。近年来这一问题也引起了研究者的关注，本文导出任意形状平面曲杆，在空间载荷作用下的刚度阵。运用所给出的子程序，可以直接分析曲杆在综合载荷（弯、扭、拉及剪切）下的应力和位移，而不必借助分段逼近的方法，从而提高计算效率与精度。     

柔性多体系统动力学——有限段方法

采用有限段方法建立柔性梁式的离散模型，基于Ｋａｎｅ方程的Ｈｕｓｔｏｎ方法建立柔性多体系统学方法，该方程计入了梁式构件的几何非线性变形的惯性影响，在求解过程中，引入了相对位移的模态变换以提高计算效率，通过典型实验验证了有限段方法可解决具有几何非线性变形的柔性梁式构件的多体系统的动力学问题。     

弯桥的荷载横向分布计算

本文把多主梁弯桥上部结构看作主梁间相互刚结的弯梁系,同直桥类似地,解除主梁间的连结,代之以超静定未知力,根据变形协调条件,利用曲梁的联立微分方程,可建立赘余力的力法正则方程,从而求得荷载的横向分布影响线,进而求得单根曲梁的横向分布系数。 采用本文方法的数值例题与SAP5的计算结果进行了比较,结果是很吻合的。     

斜加劲梁柱节点翘曲传递分析

对梁和柱内的翘曲位移及其双力矩通过斜加劲的梁柱节点的传递提出了新的数学分析模型.新模型除了节点区内梁柱翼缘在自身平面内的弯曲变形和扭转变形外,还考虑了斜加劲肋在自身平面内的弯曲变形和扭转变形、节点区腹板对斜加劲肋扭转变形的约束,得到了节点域双力矩的计算公式.算例表明,提出的模型与板壳有限元方法结果符合非常好,而传统的梁柱翘曲连续的处理方法与板壳有限元方法结果有较大的误差.该方法可以简单地通过修改传统的薄壁杆件单元刚度矩阵来实现,并可以解决薄壁构件框架弯扭线性和非线性分析.     

负载下焊接加固受弯工形钢梁的受力特性分析

采用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,对3个不同初始负载下焊接加固的受弯工形钢梁和1个做对比用的未加固工形钢梁的受力特性进行有限元分析,并详细介绍了2种用于模拟负载下焊接加固钢梁受力特性的有限元分析方法。基于目前最常用的、仅采用生死单元技术而未考虑焊接热过程的有限元分析方法,采用间接热一结构耦合分析方法,考虑焊接热过程和随温度变化的钢材材性,提出了能够考虑负载下焊接过程影响的有限元分析方法。通过将有限元计算结果与相应的试验结果进行对比,验证了采用的有限元分析方法和有限元模型的可行性。计算结果表明：负载下焊接加固后的钢梁的极限承栽能力受初始负载的影响较大。     

高强度不锈钢弧形板冷弯成形机理的集成研究

不锈钢弧形板具有耐腐蚀、强度高、光洁美观等优点,因此在地铁和高铁的建设中得到广泛应用。但因其尺寸精度要求高,导致成形工艺难度大,从而制约了工业的生产。针对此问题,以符拉索夫开口薄壁梁理论为基础,推导出符合高强度不锈钢弧形板成形弯曲角度表达式及横向变形及纵向变形的能量计算式,并编制出成形工艺。之后建立服役行为的数学模型,通过模拟轧制力大小及不锈钢弧形板成形后的回弹量来判定理论道次变形量分配的合理性。对合作企业现有冷弯成形机组改造,依据最优仿真结果进行实验,反复修正后的工艺模型能顺利辊弯出高强度不锈钢弧形板产品,且现场测试数据显示,机组的轧制力能稳定,成形后的回弹量较小,产品质量满足用户精度要求。对形成最优成形工艺,提高辊弯质量和精度有重要作用。     

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。     

体外预应力梁的弧长法分析与二次效应评估

为跟踪体外预应力混凝土梁的软化段路径，建立了一种基于法平面弧长算法的有限元模型，可预测梁从开始加载直到失效的非线性响应.通过对计算和试验结果的比较验证了分析模型的可靠性.设计了3根设置不同转向块的体外预应力混凝土梁以及1根体内无黏结预应力混凝土对比梁，利用提出的分析模型对这些梁进行非线性全过程分析.分析结果表明，当梁没有配置转向块时，二次效应随着挠度的增加会越来越明显；通过在梁最大挠度处设置一个转向块，能基本消除二次效应的不利影响.     

冷弯薄壁型钢梁的滞回性能研究

进行了八片方形冷弯薄壁型钢梁在反复荷载作用下的试验研究和非线性有限元分析,研究不同跨高比和截面宽厚比对冷弯薄壁型钢梁的滞回性能、延性和耗能能力等的影响。结果表明：冷弯薄壁型钢梁的荷载一位移滞回曲线比较饱满,没有明显的捏缩现象,具有很好的延性和耗能能力;跨高比和宽厚比会严重影响冷弯薄壁型钢梁的滞回性能和延性。建立的非线性有限元模型能够预测冷弯薄壁型钢梁的弹塑性行为和抗震性能,计算结果与实测结果基本吻合。     

新型冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖耐火性能数值模拟研究

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖主要由上部压型钢板-混凝土组合楼板和下部冷弯薄壁型钢拼合梁组成,当楼盖下侧发生火灾时,冷弯薄壁型钢梁和压型钢板会直接受火.为提升组合楼盖的耐火性能,在型钢梁的下翼缘固定防火板材,形成防火保护层,从而提出一种新型冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖.然而,加入防火保护层后,楼盖的温度分布、变形和耐火极...     

状态空间微积分法分析Winkler地基梁的自由振动

针对平面应力问题,提出了利用状态空间法和微分积分法的混合解法(SSDQM).基于二维问题的弹性力学状态方程,在梁的轴向运用微分积分法进行离散,建立了离散点上的状态方程.引入端部支承条件和Winkler地基模型的假设,从状态方程出发推导得到自由振动的频率方程.简支梁的SSDQM计算结果和弹性力学三角函数精确解吻合得很好.数值分析表明,地基梁的频率参数随着地基模量以及梁的跨高比的增大而增大.