基于有限等参单元的等效平面桁架模型

针对有限元分析的复杂性,从弹性力学平面应力单元出发,结合无限小单元法和有限单元法,提出了等效平面桁架模型。基于平面应力单元和等效桁架单元在同样节点荷载下的位移等效,分析了等效后桁架杆件的初始刚度、截面面积及等效弹性模量等特征值;建立了等效平面桁架模型的单元刚度矩阵、应变矩阵和单元的轴力矩阵;给出了等效平面桁架模型的分离式模型,分析了非规则带钢筋的四边形等参单元,建立了等参单元等效平面桁架模型的单元刚度矩阵。以某混凝土简支梁和混凝土重力坝作为研究对象,将等效桁架模型与有限元分析软件ANSYS9．0的计算结果做比较。结果表明,等效桁架模型对平面问题的处理可以满足工程精度的要求,同时使计算模型简单化,体现了等效平面桁架模型的科学性。     

大跨度钢桁架吊装过程的平面外屈曲分析

对大跨度复杂钢桁架在吊装施工过程中的平面外屈曲分析进行了研究。采用通用有限元分析软件ANSYS对一典型的大跨度钢桁架建立了有限元模型,并采用不同吊点方案对其平面外屈曲进行分析,同时在具有初始几何缺陷的不同吊点方案下获取大跨度钢桁架吊装过程中危险点的平面外失稳的极限内力。研究结果表明,大跨度钢桁架的屈曲随着吊点数量的增加其平面外稳定性显著改善。     

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.     

基于小波有限元的平面问题求解方法

利用B-样条小波的性质,以小波尺度函数作为插值函数,构造了常用的三角形和矩形小波单元,在此基础上,推导出了利用小波有限元求解平面问题的计算公式,为平面问题的求解提供了一种新的计算方法。数值算例表明,与理论解及商用软件Ansys的分析结果相比较,本文构造的小波单元求解方法具有计算精度高,收敛比较快的特点。     

基于结构优化的大跨张弦平面桁架经济性分析

以最小用钢量为目标函数,考虑应力、位移和稳定性等约束,采用二次优化法对大跨平面张弦桁架的截面面积和索力进行了优化设计,并建立了以最小造价为目标函数的优化模型,参考市面上各种钢管和钢绞线的报价,提出了考虑结构位移和稳定性约束条件下钢管直径、厚度的最优造价优化法.分别对大跨预应力张弦平面桁架和非预应力张弦平面桁架进行优化,通过算例分析得出大跨预应力张弦平面桁架相对于非预应力张弦平面桁架经济上的优越性.     

工业建筑重型钢桁架整体稳定性分析

为分析重型钢桁架在横向荷载作用下的整体稳定性能,进而得到稳定系数公式,利用ABAQUS有限元程序建立基于梁单元的数值模型,通过线性屈曲分析确定钢桁架的合理初始几何缺陷形式,对其进行非线性荷载-位移全过程分析.探讨了上弦杆不同面外长细比时桁架整体稳定系数的变化规律,给出了稳定系数表达式,结果表明上弦杆面外长细比越小稳定系数增长的越快,并逐渐由失稳破坏转为强度破坏.在此基础上,考虑钢材强度、上下弦杆截面不等、荷载作用位置以及高跨比等参数的影响,以包络线形式给出了修正后的桁架整体稳定系数公式.     

U型截面钢拱平面外稳定分析

U型截面钢拱由三块钢板焊接而成,可在截面内浇注混凝土形成钢-混组合结构,从而充分利用底板钢材的抗拉性能.当作用在拱平面内的荷载达到临界值时,拱可能出现平面外屈曲即侧倾问题,而使整个结构发生平面外失稳.如果U型截面钢拱沿整个弧线长度上没有隔板,则会出现两个侧板的局部屈曲.通过建立有限元计算模型,讨论了不同参数,包括截面尺寸,边界条件,有无隔板以及隔板间距情况下钢拱的稳定问题,并对计算结果进行分析,利用最小二乘法拟合,得到钢拱平面外稳定承载力的计算公式,可为工程设计提供参考依据.     

平面桁架单元

基于有限元法,将桁架结构中的杆件作为某一平面单元的子单元,利用平面4～8结点等参单元的形函数来表示单元内杆端的坐标和位移,从而把一段桁架看成一个单元,构造了平面桁架单元．计算结果表明,用平面桁架单元解决大型桁架结构的力学计算问题是可行的,它能有效地减少结点数,达到减少计算工作量的目的．并能满足工程精度要求．     

平面梁的几何非线性有限元分析

本文建立了拉格朗日坐标系下平面梁几何非线性问题的有限元模型，分别以初始枢型和相邻构型为参考构型，采用载荷增量与牛顿－拉裴逊迭代法相结合的混合求解法，对梁单元系统的非线性平衡方程迭代求解，并对两种方法进行分析比较。     

一种确定平面静定桁架内力的新方法——无极速度图法

在研究无极速度图性质、绘制方法的基础上,给出一种确定平面静定桁架内力的新方法,即无极速度图法.该法是首先通过作自由度等于1平面机构的无极速度图,得到平面机构荷载节点和内力杆节点的速度值,并根据其速度值,然后利用虚功率方程导出公式来确定平面静定桁架内力.通过算例表明:该方法确定桁架内力不仅简单,确定的内力数值也比较精确;而且不需要求支座反力.为确定平面静定桁架内力从方法上提供了一条新途径.     

湿法烟气脱硫吸收塔结构设计方法

通过自身的工程实践和国内外经验的借鉴,总结出湿法烟气脱硫吸收塔钢结构的设计步骤和设计方法.本文用MIDAS作为结构分析工具,用板单元模拟吸收塔壳体、用梁单元模拟喷凝层、除雾器层等的支撑结构,采用梁板单元混合建模的方法进行塔体结构的整体分析;按照强度、整体稳定和局部稳定来控制吸收塔壳体的承载能力,并提取其他设计规范中概念相当的承载力计算公式和设计参数进行比较分析,用于吸收塔的设计计算;详细讲述了从建模到承载力验算过程中遇到的荷载输入、计算参数设置、结果输出技巧以及对计算结果的判断和取舍等问题.最后,以具体的工程实例,总结了以上的设计步骤、设计方法和应该注意的问题.     

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.     

梁板壳有限单元中的各种闭锁现象及解决方法

对梁元和板壳单元中存在的各种闭锁现象进行详细的分析，对现有的一些解决方法的优劣性进行比较，以使人们对闭锁现象有更深入的认识，并能有效地消除或减轻它们的不利影响.分别在二维、三维梁元与板壳单元有限元公式中引入Hellinger-Reissner混合函数或降阶积分，以减轻或消除闭锁现象对单元计算精度的不利影响.通过4个算例来阐明闭锁现象随单元受力情况、单元厚度、单元网格划分的不同而对结构非线性分析结果所带来的不同程度的影响. 结果表明，闭锁现象对结构的数值分析结果影响显著，对以受弯为主而膜应力很小甚至为零的单元，膜闭锁现象非常严重，而对薄壁单元，剪切闭锁的影响特别严重；采用单元的混合公式或在协调元中采用降阶积分，可有效地消除单元的各种闭锁现象和插值函数的误差对单元计算精度带来的不利影响，能使单元计算精度和计算效率得到显著改善.     

Experimental Study on a Single Layer Two-Way Grid Shell with Tension Members

Single layer two-way grid shell with in-plane and out-of-plane tension members is a new type of single-layer latticed shell roofs. Compared with traditional single-layer latticed shells, this new type has a unique mesh form and excellent rigidity. In order to further understand the buckling behaviors of single layer two-way grid cylindrical shell roof with tension members, the buckling experiments have been undertaken to investigate the effect of tension members, in either out-of-plane or in-plane placement. A single layer two-way grid cylindrical shell roof with out-of-plane tension members has been tested under symmetric and asymmetric loading. The tension member placement, the introducing initial axial force to tension members and the load patterns are considered to investigate the buckling behavior. Experimental results indicate that four long out-of-plane tension members work well under symmetrical loading, but only two long out-of-plane tension members work under asymmetrical loading. It can be concluded that the PC bar members used as tension members for this study are useful in the construction of a single layer two-way grid cylindrical shell roof with structural members intersecting at small angles.     

采用有限质点法的薄壳动力非线性行为分析

基于有限质点法原理和K-L经典薄壳理论,构造具有大位移大转动分析能力的薄壳离散质点模型,推导表述基本控制方程与公式. 对于质点位移以及壳元的变形和内力,均按照面内拉压和面外弯扭两部分进行拆分与叠加,并通过物理方式的虚拟运动依次分离出与薄膜刚度和弯曲刚度相关的纯变形,进而在局部变形坐标系下求解面外变形相对应的质点内力和内力矩,建立质点切平面外转角的变步长显式时间积分式,并对质点质量、时间步长、阻尼等关键参数取值给出建议. 在此基础上引入材料非线性应力修正算法,实现对薄壳弹塑性大应变动力非线性行为的模拟,并通过典型算例验证方法及程序的有效性和正确性.     

有边梁圆屋顶应力分析的混合样条有限元法

以混合样条函数作为位移函数，考虑了圆屋顶与顶部环梁及底部环梁变形协调关系，导出了全部必需的公式。进行了例题计算，所得结果与已有文献结果非常接近。本文方法具有自由度少、占计算机内存少、计算速度快等优点。     

U 形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性分析的研究

预应力Ｕ形薄壳渡槽属于薄壁梁结构。考虑到薄壁梁结构在竖向分布荷载作用下的侧向弯曲并伴随扭转的失稳问题，建立了Ｕ形薄壳渡槽侧弯扭稳定性分析的计算模型，给出了分析方法及计算公式，并由此研制出ＷＤＦ３程序，从而获得了满意的解答     

新型装配-现浇式密柱结构墙体的轴心受压性能

为提升新型装配-现浇式密柱结构的抗震性能,通过对2榀模型在竖向荷载作用下的试验及有限元分析,研究了其在正常使用阶段和承载极限状态时墙体各截面应力、裂缝、变形、破坏形态及平面外位移．结果表明:结构在正常使用荷载下具有较大的承载能力和刚度,破坏具有一定的延时,未出现平面外失稳;预制外壳与现浇柱联结性能良好,不会出现滑移错动;预制外壳的增加能显著提高结构承载性能,采用“最优尺寸”的截面设计能更好地发挥结构抗压性能．新型结构满足住宅在竖向荷载组合作用下的可靠性要求,一般层高的墙体在重力荷载作用下不会发生平面外失稳破坏．     

修正缩减基法在船舶直接设计法中的应用

探讨了修正缩减基法（ＭＲＢＭ）在超大型船舶肿剖面纵向构件直接设计法中的应用，将船舯一个舱段模型化为空间的板、壳、杆单元的组合，采用有限元法计算船体结构摧力，并用修正缩减基法优化结构尺寸，使之恰好满足规范规定的强度和稳定性条件，最终得到船体结构构件的最佳尺寸。     

Y型支撑钢框架耗能段滞回性能研究

为研究Y型支撑耗能梁段在低周循环荷载作用下的耗能性能,建立了耗能梁段模型。采用非线性壳体有限元,引入混合强化的材料本构关系,对剪切屈服型耗能梁段在循环荷载作用下的滞回性能进行了分析,通过计算,得出影响能量耗散的因素及变化规律。提出设计Y型支撑剪切屈服型耗能梁段的建议和对策。