任意连接平面杆系结构自振特性分析的统一模型

基于基本假定和振动理论，通过严格的理论推导建立了具有任意连接刚度的半刚性连接平面系结构自振特性分析的统一模型，在该模型中只要选取适当的连接刚度因子即可分析经典桁架结构、平面刚架结构、混合结点及半刚性连接的任意平面杆系结构的自振特性，且给出了刚度矩阵的显式形式。算例与解析解进行了比较，结果相当吻合。     

平面杆系结构几何非线性数值分析

本文基于Ｔ．Ｌ坐标，导出了梁单元的几何非线性的割线刚度矩阵和切线刚度矩阵显式，算例表明，本文的两个刚度矩阵可有效的分析平面杆系结构的几何非线性问题。     

三维杆系结构的几何非线性有限元分析

为了更准确地描述杆系结构的几何非线性性能,建立了一种基于三维梁单元有限元分析的计算方法。引入了考虑两方向曲率和扭转角变化的坐标转换矩阵来描述任意增量下的单元平移和转动;采用了包括轴向变形和扭转的非线性项的刚度矩阵来考虑高阶非线性项的影响。应用广义位移控制法进行增量迭代,编制了相应的三维梁单元非线性计算程序NL_Beam3D。通过对几个例子进行的分析,验证了该方法可较好地考虑结构几何非线性。     

非线性涡动时裂纹转子的分叉与浑沌特性研究

分析非线性涡动裂纹转子中刚度变化比△K，裂纹角β，不平衡参数U对系统分叉及浑沌行为的影响：在转速区Ω=2Ωe／3附近，当△K较大时，会出现分叉及浑沌现象，β对这些行为有很大影响。在Ω=Ωc／2附近，当△K很大时，无论β为何值，将由拟周期通向浑沌。U作为一种外部因素，将使系统的非线性行为得到激发或抑制。     

杆系结构可靠性分析的有效方法

本文以桁架为例首次将结构连续变更原理用于结构的可靠性分析，并以分枝限界法为基础编制了电算程序，从而有效地筛选出结构可能失效模式的集合，算例表明结果令人满意。     

杆系结构非线性稳定分析的一种新方法

本文提出了相对刚度参数及其衍生参数的概念,它们可以揭示和反映杆系结构全过程跟踪分析中结构刚度的变化规律。根据这两个参数的特性,文中提出了确定自动荷载增量参数的新方法,较好地解决了稳定分析中全过程跟踪技术中的疑难问题。文中通过实例来说明相对刚度参数的确定和应用,表明本文分析方法是正确的和有效的。     

结构中裂纹杆件的动力学分析

杆系结构是一类应用广泛的工程结构，作为杆系结构的基本元素－杆件，常常受到拉、压、弯、扭的联合作用。裂纹杆件的扭转和弯曲，是现代工程结构中一类重要的问题。对于横截面带有裂纹的杆系结构的力学分析，文献上报道较少。本文在先前工作的基础上，进一步提出弯扭庆力函数的概念，将裂纹杆件的扭转问题、弯曲问题和弯扭复合加载问题纳入统一的框架之下进行讨论，得到了用弯扭应力函数表示的剪应力通用表达式。以偏心裂纹矩形截面杆件的扭转问题为例，利用单裂纹一般解及裂纹分割法，导出了问题一组广义柯西型奇异积分方程，通过数值求解，计算了裂纹杆件的扭转刚度以及裂纹尖端的应力强度因子。     

含不同张开角度裂纹结构的动态断裂试验研究

不同结构的动态断裂行为受多个因素影响,其中裂纹缺陷对其影响最为显著。张开型裂纹是工程结构中十分常见的缺陷,而且张开角度往往并不固定。为研究结构的运动裂纹与不同预制角度裂纹相互作用的规律,以张开角度为单一变量,采用动态焦散线试验系统,在冲击荷载下对含不同张开角度裂纹的有机玻璃试件进行三点弯试验。研究发现：裂纹扩展经过不同张开角度的预制裂纹时,都会先扩展至预制裂纹夹角尖端,再从预制裂纹其中一端重新蓄能起裂,然后偏向落锤点方向扩展,最终贯穿整个试件;开口向上的预制裂纹会增加运动裂纹的扩展时长,而且预制裂纹的开口角度越大,对裂纹扩展产生的迟滞效应越大,裂纹贯穿试件的总时长越大;与预制裂纹相互作用阶段,动态裂纹都会先减速后增速至峰值,预制裂纹角度越大,裂纹扩展速度峰值越小,且当预制裂纹角度为180°时的峰值与无预制裂缝试件的峰值非常接近;运动裂纹再次从预制裂纹尖端处起裂时裂纹尖端应力强度因子迅速大幅增加后又迅速减小直至试件完全断裂。     

空间杆系钢混结构非线性问题的有限元解

本文推导了建立了用于空间杆系结构非线性计算的多结点空间等参杆单元，这一单元利用等参元的概念，结合有限位移的增量理论，引入钢筋混凝土的弹塑性强化材料模型，有效地解决了空间杆系结构的非线性分析计算问题，能更好地处理空间曲杆，在处理单元弹塑性非线性时，采用了以单元内积分法的弹塑性状态，综合描述单元的弹塑性状态的方法，比较计算结果，这一单元计算模型是合理，有效的，能够解决空间杆系结构的非线性计算问题。     

混凝土杆系结构滞回全过程分析

本文基于非线性有限元原理,采取由材料本构关系直接形成单元M—N—φ关系的方法,推导了混凝土杆系结构的单元刚度矩阵,该矩阵考虑了材料非线性、几何非线性、轴力二次矩、混凝土的裂面效应、预应力的特点、钢筋的粘结滑移以及材料的双切线模量等的影响;编制了相应的分析程序,并对两榀混凝土门架的滞回性能进行了模拟计算,计算值与试验结果吻合较好。本文程序实现了混凝土杆系结构包括下降段在内的滞回全过程分析,从而为该类结构的抗震研究提供了一个准确、实用的工具。     

含初始裂纹结构的动态可靠性分析

本文按Ｐａｒｉｓ裂纹扩展定律描述了因裂纹扩展而导致的结构强度的随机衰减过程。基于脆性断裂准则，建立了强度衰减结构的动态可靠性分析与寿命估算模型。最后用所建模型对一复杂结构作了具体分析。并探讨了初始裂纹等随机参量的变化对可靠性的影响。     

基于应变模态的连续梁动挠度识别

为了实现基于应变测量的连续梁动挠度识别,提出了一种基于应变模态的梁结构动挠度监测方法。利用应变传感器进行应变测试获得梁的动应变数据,由动应变数据的互相关函数求出应变模态振型,利用应变-位移转换关系求出位移模态振型,再由动应变数据和应变模态振型计算出位移模态坐标,最后根据计算出的位移模态坐标叠加位移模态振型得到梁结构的实时挠曲线,从而实现对动挠度的监测。为了验证方法的有效性,对连续梁在脉冲激励及地震作用下的动挠度进行了数值模拟,并进行了简支梁力锤锤击实验。数值模拟及实验的结果表明,基于应变模态监测梁结构动挠度是可行的,且具有较高的精度。     

考虑滑移效应的钢-混凝土组合框架梁的刚度研究

组合框架梁的抗剪连接件在使用阶段将发生变形,导致构件的挠度增大,按照完全组合的换算截面法计算组合梁的挠度将得到不安全的计算结果。该文首先对考虑滑移效应的框架组合梁刚度进行研究,根据弹性理论推导了传统的完全组合梁TBM(Traditional Beam Model)模型滑移组合梁SLM(Slip Beam Model)模型的基本方程,并采用有限元方法对理论模型进行验证,说明了理论模型的准确性及合理性。对考虑滑移效应的组合框架梁刚度折减系数进行参数分析,研究了楼板的宽跨比、楼板宽厚比、板梁高度比等无量纲参数对考虑滑移效应后组合梁刚度折减系数的影响。研究发现:影响组合框架梁刚度折减系数的关键参数为抗剪连接件的剪力连接程度。在此基础上,建议了考虑滑移效应的钢-混凝土框架组合梁折减刚度系数的简化公式,公式计算结果与试验结果吻合良好,可以为组合梁的研究及设计人员提供参考。     

轴向变速运动弯曲梁的固有频率分析

基于动力刚度矩阵法对轴向变速运动弯曲梁的固有频率进行分析,根据Hamilton原理,推导轴向变速运动弯曲梁的时域控制方程和边界条件,通过傅里叶变换得到频域控制方程和边界条件,求解频域控制方程,并结合位移边界条件和载荷边界条件,建立轴向变速运动弯曲梁的动力刚度矩阵模型;引入Hermite形式的形函数,建立了轴向变速运动弯曲梁的有限元模型。算例中,通过对比现有文献中的结果、有限元模型结果和动力刚度矩阵法模型结果,验证了该文所建立的力学模型,动力刚度矩阵法比有限元法具有更高的精度和效率,分析了轴向变速运动弯曲梁固有频率随着弯曲梁轴向运动速度、加速度、轴向受力、边界条件的变化规律。     

开斜裂纹转子的动力特性

对于转子系统,转轴上斜裂纹的存在会产生与直裂纹不尽相同的动力特性,主要原因是斜裂纹和直裂纹会引起转子不同方向振动的耦合.用断裂力学中应力强度因子与应变能释放率间的关系推导了带有45°张开型斜裂纹转子的刚度;并进一步对有耦合刚度的运动方程用龙格-库塔法进行了数值分析,给出了裂纹深度、偏心量和转速对转子动力特性的影响.     

基于共旋坐标法的带刚臂平面梁元非线性分析

为解决平面梁元在相交处可能存在的刚性连接问题,根据带刚臂平面梁元在受力后的运动和变形特点,该文基于共旋坐标法推导出两端带任意刚臂的平面梁元的切线刚度矩阵显式表达式,给出了不平衡力的精确全量算法,并提供了详细的计算步骤。利用该文的研究成果编制了程序,对无刚臂和有刚臂的平面梁结构进行了几何非线性分析。计算结果表明：这种非线性单元列式的正确性和非线性求解过程的收敛性,实用价值较强。     

梁杆结构二阶效应分析的一种新型梁单元

推导了一种计及梁杆二阶效应的新型两结点梁单元。首先依据插值理论构造了三结点Euler-Bernoulli梁单元的位移场:使用五次Hermite插值函数建立梁单元的侧向位移场,二次Lagrange插值函数建立梁单元的轴向位移场,进而由非线性有限元理论推导了单元的线性刚度矩阵和几何刚度矩阵,然后使用静力凝聚方法消除三结点梁单元中间结点的自由度,从而得到一种考虑轴力效应的新型两结点梁单元。实例分析表明,此新型梁单元具有很高的计算精度,使用此单元进行梁杆结构分析可获得相当准确的二阶位移和内力。     

任意载荷激励下梁单元的局部动力效应分析

本文通过对任意荷载激励下梁单元局部效应的修正,探讨了不同荷载激励下结构的动力响应,计算结果表明,考虑局部效应可以使动内力计算结果更为精确。在进行大型复杂结构的动力响应分析时,通过考虑局部效应,可在计算模型大大简化的同时获得较为精确的计算结果。     

粘滞阻尼器减震结构的非线性动力分析

基于结构空间杆系-层模型,推导了粘滞阻尼器减震结构的附加阻尼矩阵、动力平衡方程和相对能量方程。在高层建筑结构动力分析程序HBTA中增加对粘滞阻尼器减震结构的非线性动力分析。通过具体算例,验证了本文所建议动力分析方法的正确性,并考察了粘滞阻尼器对结构的减震效果。HBTA程序可以反映结构构件和粘滞阻尼器的内力和变形。对同时包含位移相关非线性和速度相关非线性的结构动力分析做了有益尝试。     

含缺陷自由梁的弹塑性大挠度动力响应

作为一种近似处理,两端无任何支持和约束的空间自由梁常作为细长结构的简化模型。基于大变形平衡微分方程和有限差分法,通过在弹塑性大挠度模型里引入表征缺陷严重度的截面弱化因子,本文分析了任意位置含一缺陷的理想弹塑性自由梁在自由端受刚性质量块横向撞击作用下的大挠度动力响应。详细讨论了瞬态弯矩分布规律、曲率分布、变形以及缺陷处相对转角随时间的变化,结果表明:响应过程可划分为4个阶段;缺陷的位置和严重程度对结构的塑性动力行为有重要的影响,当缺陷落在此危险区域内,并且离撞击端越近,梁越容易由于缺陷处的断裂而失效。所得结果可为结构的安全防护提供指导。