正多边形薄壁钢管的性能研究

正多边形截面薄壁钢管用于建造输电线结构、塔、天线和桅杆结构等,该文对其变形特性进行了研究。这种类型的横截面表现出与截面边数相关的对称性,从而导致截面的平面内和平面外(翘曲)变形特性显著。研究基于广义梁理论(GBT)的特例,旨在充分分解截面变形的主要模式,从而获得分析结果,进而提取关于这类构件结构性能的详细信息。同时对几个算例进行了理论分析和数值模拟(使用GBT梁单元)。为了进行验证和对比,也给出了标准壳有限元模型的分析结果。     

基于广义梁理论的非线性材料薄壁受压构件屈曲荷载计算方法

提出适用于非线性材料的广义梁理论屈曲荷载计算方法,并对不锈钢薄壁受压构件屈曲荷载进行计算验证。通过定义材料非线性应力应变关系和瞬时弹性模量,对传统线弹性广义梁理论进行修正,建立非线性材料薄壁构件受压屈曲荷载计算方法,推导不锈钢薄板受压局部屈曲、冷弯薄壁不锈钢卷边槽形柱畸变屈曲及箱形不锈钢长柱弯曲屈曲荷载计算公式,并与既有试验数据对比。经验证,线弹性分析方法不适用于不锈钢材料;提出的修正GBT法具有较高精度,且本构关系采用变形法则结果偏于安全,可用于不锈钢等非线性金属材料薄壁构件受压屈曲荷载的确定,为研究和设计提供理论指导。     

国际期刊导读

<正>基于广义梁理论的薄壁钢框架屈曲分析的最新进展摘要:介绍基于广义梁理论(GBT)研究平面和空间薄壁钢框架屈曲性能的最新研究进展。概述基于GBT屈曲分析的主要概念和相关程序,基于GBT的梁有限元分析的发展和数值模拟方法,包含以下内容:1)揭示局部、畸变和整体屈曲状态;2)计算任     

考虑畸变的开口薄壁构件变形方程及其应用

为简化考虑截面畸变的薄壁杆件力学分析,提出一种把薄壁杆件拆分为两个较简单的部分分别分析、按需综合的方法。该文重点探讨截面畸变变形的效应分析:首先基于薄板小挠度弯曲理论,建立矩形板条的面外弯曲变形方程,然后适当简化截面畸变的变形形式和平衡条件,实现反映开口薄壁杆件畸变和扭转性能的"板件面外弯曲综合抗力体系"分析,最后与另文探讨的薄壁杆件"板件面内拉弯综合抗力体系"的分析进行综合,建立考虑截面畸变的开口薄壁杆件常微分变形方程。与目前较为常用的广义梁理论及有线条法相比,该方法无需进行截面正交分析或假定变形沿杆长的分布。为提高方法的实用性,文中还基于该变形方程,探讨了薄壁杆件单元刚度方程等矩阵位移法诸实现要件,据此编制的通用程序计算结论与基于壳单元的ANSYS软件算例结论吻合良好。     

利用广义梁理论分析钢筒及钢管的屈曲性能

采用广义梁理论(GBT)公式分析圆柱及管状等圆形截面(CHS)构件的弹性屈曲性能,其中主要应用横截面几何学的概念。考虑到从薄壳理论的运动学关系可以推断出应变能变化,也就是说它们与圆形截面(CHS)的几何特性联系紧密。除了壳变形,公式同时适用于轴对称及扭转变形模式。文中对CHS构件在(i)压力(柱),(ii)弯曲(梁),(iii)压弯(梁-柱),(iv)扭转情况下的局部和整体屈曲性能进行了分析,以论证GBT方法的可行性。此外,还将GBT计算的结果与壳体有限元分析的结果进行了对比分析。     

基于广义梁理论的薄壁构件屈曲模态有限元分析

提出基于广义梁理论(GBT)的新方法,将各向同性薄壁构件通过壳体有限元分析方法(FEA)获得的弹性屈曲模态分解成整体、畸变和局部屈曲模态。其创新之处在于仅使用GBT截面变形模态,而非构件变形模态。该方法能够单独计算各屈曲模态,更好地了解各构件的后屈曲特性和强度曲线。根据GBT的经典假设,忽略剪切应变和横向张力。通过有限元方法得到的各模态与经典GBT计算结果一致。     

双轴对称楔形工字钢梁的弹性弯扭屈曲

本文利用基于板壳屈曲理论的有限元方法对楔形薄壁构件的弯扭屈曲进行了分析,对两种基于薄壁杆件理论的楔形工字钢梁弯扭屈曲分析方法进行了对比。基于较精确的楔形薄壁构件屈曲理论,对承受线性变化端弯矩作用的楔形梁的弯扭屈曲进行了大量分析,并提出了新的楔形工字钢梁临界弯矩计算公式。该公式形式与等截面梁的相同,便于工程应用。     

对广义梁理论中的平面和空间薄壁构件的整体屈曲分析

采用广义梁理论（GBT）对平面和空间薄壁构件进行整体屈曲分析。简要概述主要概念和广义梁理论屈曲分析中所采用的程序。基于广义梁理论的梁有限元分析考虑了4种刚体变形模式,即：i）运动学模型,用于模拟连接2个或更多U型和I型构件节点的翘曲传输作用;ii）采用程序处理构件重心和剪力中心轴（横截面非双向对称）不重合的效应;iii）节点构件的定义,这些节点可提供连接构件的自由度和节点广义位移之间的联系。最后,介绍并讨论数值结果,其可能有助于基于广义梁理论的有限元公式的制定和实施。并将基于GBT分析的结果（临界屈曲载荷和模态）与ANSYS程序中壳单元和梁单元的建模分析结果进行了对比验证。     

任意形状薄壁杆件截面剪应力不均匀系数μ的计算

介绍一种计算任意形状薄壁杆件截面剪应力分布的有限元位移法,根据剪应力分布的计算结果可容易地求得薄壁杆件截面剪应力分布不均匀系数μ。该方法可适用于任意截面形状且壁厚有变化的开口或闭口薄壁杆件。     

考虑弯扭耦合的解析型薄壁梁单元

为提高分析薄壁梁杆件弯扭问题的精度和效率,以Vlasov薄壁杆件理论为基础,考虑大位移和截面翘曲的影响,建立弯扭杆件位移控制方程,构造了薄壁梁杆单元的解析位移形函数,采用势能原理建立了薄壁梁杆势能泛函。利用势能驻值变分原理构造了用于内力分析的解析型薄壁梁杆单元列式,给出了解析型单元刚度矩阵,将其与理论解、插值多项式弯扭杆单元进行对比分析。结果表明,采用构造的解析型单元计算的薄壁梁扭转角及翘曲率的精度远高于插值多项式单元,且不需划分单元,即可保证计算结果与理论解的相对误差在0. 065%之内,可用于开口薄壁杆件结构的弯扭耦合受力分析及稳定计算。     

一种基于广义梁理论的薄壁构件分析的新方法

广义梁理论中的横截面分析证实了一种新的薄壁构件分析方法。这个创新依赖于康托罗维奇的变分法,即采用无约束平面框架动力模式取代平面内变形的模式。通过平面内模型的后处理程序计算构件的翘曲变形,这与经典的广义梁理论的做法相反。新的计算程序比经典算法的步骤要少,可以分别计算弯曲、剪力和局部模态,并且适用于开口、部分封闭和封闭截面。通过两个实例说明了该方法对薄壁结构的线弹性性能分析的有效性和简易性。     

半离散法分析薄壁柱的畸变屈曲

采用广义梁理论(GBT)的耦合差分方程解决了半离散法分析薄壁柱的畸变屈曲问题。作者近期发表的两篇文章对类似GBT的新型半离散分析方法进行了阐述。对横截面进行离散分析,寻找沿梁变化的解析解。采用新方法,利用齐次和非齐次方程建立确定梁全部变形的一般GBT方程并求解,从而使GBT的(复杂)变形方程变形为可降阶的微分方程。提出的半离散方法在广义梁理论(GBT)基础上增加了用于柱的失稳分析和失稳形态识别的几何刚度因素。通过势能的变化并在梁理论中引入约束条件,对初始应力下建立的GBT齐次微分方程进行修正,以分析其变形特性。对简支梁梁端施加横向位移和轴力,建立GBT初始应力方程,通过该方程寻求失稳的解决方法。根据已知的边界条件,利用三角函数关系式和求解特征值的方法求解这些可降阶的微分方程,使得屈曲形态和相关特征值与分叉荷载因素相符。因此,无需通过模态分解,可由耦合的GBT方程直接求得屈曲形态的解析解。通过实例分析了柱的整体失稳、屈曲变形和局部纵弯失稳,以及如何将新方法用于描述特征曲线和弹性屈曲曲线。将该方法的分析结果与ABAQUS、GBTUL和CUFSM软件的分析结果进行对比,验证了该方法的正确性。     

基于哈密顿理论的薄壁杆件稳定性分析

从薄壁杆件弯扭耦合变形的经典理论出发,由产生变形相等的原则引入等效荷载,进而导出薄壁杆件稳定分析时的方程组;通过引入对偶变量,将问题的求解体系从拉格朗日体系导入哈密顿对偶体系,从而建立薄壁杆件稳定问题的哈密顿正则方程。然后,采用二分法和精细积分法求出临界荷载高精度的数值解,与算例结果比较吻合,验证了本方法的可靠性与可行性。本方法可方便地用于变截面薄壁杆件的计算,同时也适用于高层建筑中,可简化薄壁杆件的构件或结构。     

常见薄壁拉伸构件带中心裂纹时的应力强度因子公式

首先根据无限大中心裂纹板在Ⅰ型荷载作用下应力分布的近场奇异解．构建薄壁杆件在均匀拉伸时沿裂纹所在截面的正应力的分布模型;然后利用平衡条件确定无量纲应力强度因子;从而建立了一种求解含中心裂纹薄壁杆件应力强度因子的面场分析近似方法。与现有的数值结果比较表明,该方法不仅简单实用。而且结果可靠。文中给出的几种常见薄壁杆件含Ⅰ型中心裂纹时的无量纲应力强度因子的近似简单解析表达式。既适用于焊接组合薄壁杆件。也适用于冷弯薄壁杆件。     

基于广义梁理论(GBT)的薄壁钢框架后屈曲分析

介绍了基于广义梁理论(GBT)的梁单元的发展和应用,分析薄壁钢框架的畸变和整体后屈曲性能。首先,简要回顾了获得GBT体系非线性平衡方程的主要概念和程序,介绍了考虑框架节点性能影响的非线性梁有限元的数值实现(增量迭代法)步骤。接着,利用壳有限元模拟搜集的数据建立动态约束条件,确保连接2个非对称普通/卷边槽钢构件的框架节点的位移协调性。最后,利用所给的GBT梁单元对2个L形框架和1个对称门式刚架的后屈曲性能进行了分析,并对数值分析结果进行了讨论,验证了该方法的有效性。为了进行验证,将基于GBT的分析结果与梁/壳有限元分析软件ANSYS的分析结果进行了对比。     

薄壁截面杆件的自由扭转变形能力比较

近些年建筑行业对薄壁杆件的应用在迅猛增加,冷弯形成的各种杆件以及焊接、热轧薄壁杆件在钢结构中比比皆是。本文进行对比研究相同材料用量下工字形、T形开口薄壁截面杆和圆形、箱型、三角形闭口薄壁截面杆在自由扭转时的变形能力,分析了相同材料用量下工字形、箱形和三角形薄壁截面杆高宽比对截面扭转变形能力的影响。     

薄壁杆件非线性分析的柔度法的可行性研究

围绕薄壁杆件分析理论,简单介绍了有关薄壁杆件分析中存在的问题,提出了进一步发展高精度分析单元模型的思路,并说明了广义梁柔度法研究的主要内容,为相关研究积累了经验。     

变截面薄壁杆件约束扭转处理的有限元法

变截面薄壁杆件约束扭转处理的有限元法石家庄铁道学院张银彩同济大学卢跃祖变截面薄壁杆件约束扭转要以等截面的约束扭转问题为基础，为此本文首先讨论等截面薄壁杆件约束扭转的处理方法。１等截面薄壁杆件约束扭转的处理１．１问题的引出ＳＡＰ８４是专门为微机而开发的...     

含中心裂纹薄壁型钢的又一组应力强度因子解

首先根据无限大中心裂纹板在Ⅰ型荷载作用下应力分布的全场解析解,构建薄壁杆件在均匀拉伸时沿裂纹所在截面的正应力的分布模型;然后利用平衡条件确定无量纲应力强度因子Y(ξ)获得含中心裂纹拉伸薄壁型钢的又一组无量纲应力强度因子Y(ξ)的近似解析解。与现有的数值结果比较表明,该方法不仅简单实用,而且结果可靠。文中给出的几种常见薄壁杆件含Ⅰ型中心裂纹时的无量纲应力强度因子的近似简单解析表达式,既适用于焊接组合薄壁杆件,也适用于冷弯薄壁杆件。     

分析高层建筑结构的新模型:空间杆─墙组元模型

引言近年国内分析高层建筑结构的计算软件主要采用三种计算模型，这三种模型在分析梁、柱时都采用空间杆单元，最重要的区别在于如何分析剪力墙。第一种模型为薄壁杆件模型[1]。这种模型以古典薄壁杆件理论作为分析依据。薄壁杆件与普通杆件的差别在引人翘曲（扭转角沿纵轴的导数）作为额外未知量，考虑非平面变形的影响。它有适用各种平面布置、未知量少、对规则结构精度足够的优点，是目前应用最广泛的模型。对分析高度较大，结构布置特别是竖向布置规则的高层结构（如筒中筒结构、框简结构等），这种模型被公认为较理想的模型。但是在用…