工程结构非线性动力响应数值分析中零能量模态控制对响应的影响

在工程结构非线性动力响应数值分析中,通常采用显式积分格式。这样可避免大量的刚度矩阵求逆叠代运算。但显式积分有条件稳定的,从而时间步长△t的取值受到限制,这样必导致进行大量的小时间步长循环计算。为了减少计算量,通常采用高斯积分一类的数值积分。单点高斯积分的采用可引起hourglass模态。控制hourglass模态是结构非线性动力响应数值分析中必须解决的问题之一。本文以八节点六面体实体单元单点高斯积分为例详细分析了hourglass模态产生的机理,并在此基础上讨论了hourglass模态的控制措施及具体应用。通过数值算例分析发现hourglass模态控制的采用对正常动力响应模态造成一定的影响。     

工程结构非线性动力响应数值分析显式积分格式的研究

工程结构非线性动力响应数值分析中时间积分的处理是其难点之一,它关系到此类动力响应分析程序的运算效率及分析精度。本文详细介绍了有限元直接积分法中显式积分格式及其稳定性条件。通过分析可看出,对于求解强冲击载荷作用下的非线性结构动力响应及波传播等问题,显式算法是一种好的选择。文中给出了各种类型单元稳定性条件下临界时间步长△tcrit的计算公式,并以数值算例给出了实现的步骤。     

基于有限质点法的结构动力非线性行为分析

有限质点法是以向量力学为基础的崭新的结构分析方法,该文将其应用到结构动力非线性行为分析中。该方法将结构离散为质点群,采用牛顿定律描述质点的运动,通过对质点行为的模拟和分析计算结构行为。该文介绍了有限质点法的基本思想,提出了该方法分析结构“动”与“静”,“线性”与“非线性”问题的独特思路。以杆系结构为例,推导了该方法求解结构动力反应,及几何、材料非线性问题的基本公式。通过三个数值算例,验证了该方法在结构动力非线性行为分析中的正确性和适用性。有限质点法在处理动力非线性问题时无需迭代求解和特殊修正,与传统方法相比在结构复杂行为分析中有明显的优势。     

筒体结构连续化模型的弹性动力时程分析

本文用连续化模型对高层筒体结构在地震作用下的动力时程反应进行分析．     

基于多元增量动力分析（MIDA）方法的RC核心筒结构地震易损性分析

RC核心筒结构在水平双向地震荷载作用下,结构地震响应的耦合作用会严重削弱筒体的变形能力和延性性能,加剧筒体结构破坏程度。本文引入地震动入射角来模拟结构可能遭遇到的更为客观、实际的水平双向地震激励,基于传统IDA方法,采用拉丁超立方体网络抽样法考虑地震动强度及地震动入射角对结构的共同影响,提出了多元增量动力时程分析(MIDA)方法。基于MIDA方法,利用有限元分析软件Perform-3D对20层RC核心筒结构进行多元增量动力时程分析,获取了能反映结构抗震性能的MIDA曲线,并基于性能定义出结构的四个极限性态点,进而获得结构的地震易损性曲线,对结构的易损性能进行了分析和评估。     

基于GPU并行计算的地下结构非线性动力分析软件平台开发

为解决地下结构隐式非线性动力分析收敛性差和计算效率低的技术瓶颈,该文建立了基于GPU并行计算的地下结构显式动力分析软件平台。在此平台中提出并实现了一种混凝土弥散开裂模型;给出并实现了一种钢筋纤维与实体单元的耦合方法;基于等参元思想,提出了人工边界节点的单元从属面积的计算方法;为实现节点不协调情况下的土与结构相互作用分析,开发实现了一种实体单元间的两节点接触单元。利用该文开发的软件对日本大开地铁站进行了重力场分析、线性和非线性动力分析。将重力场和线性动力分析结果与ABAQUS分析结果进行了对比,结果表明该文软件计算结果与ABAQUS计算结果一致,且计算效率约为ABAQUS计算效率的5.68倍,验证了软件各模块的正确性和效率。另外,通过将非线性计算结果与灾害调查结果进行对比分析,验证了软件非线性分析的稳定性和合理性。     

基于材料损伤的水电站厂房上部结构地震易损性分析

水电站厂房上部钢筋混凝土框架-剪力墙结构在地震中易遭受破坏,基于材料损伤提出了上部结构抗震性能的评估方法,并采用有限元方法和增量动力分析法对厂房上部结构的地震易损性进行了分析.结果表明:水电站厂房上部结构主要的震损为墙柱的开裂以及混凝土保护层的剥落,核心区混凝土的压损伤较小,厂房上部结构具有较高的抗震安全储备,发生严重...     

基于纤维模型的钢管混凝土组合框架连续倒塌非线性动力分析

基于非线性纤维梁-柱单元理论建立了钢管混凝土空间框架有限元模型,分析其在非正常荷载作用下(火灾、爆炸、撞击等)的抗连续性倒塌性能。以ABAQUS软件为求解平台进行了钢材和混凝土材料模型的二次开发,并采用已有研究者的试验结果进行了模型验证,在此基础上采用抽柱法进行了一典型的12层钢管混凝土空间框架体系在不同初始损伤模型下的连续性倒塌非线性动力分析。分析结果表明,不同抽柱工况下,框架梁柱内力由于失效柱破坏将发生内力重分布,相邻构件弯矩和轴力变化较大,其卸载后传力路径遵循就近原则;底层中柱失效后,其上部节点竖向位移最大,底层角柱失效后,上部节点竖向位移最小。总体上钢管混凝土空间框架在竖向荷载作用下具有较好的抗连续倒塌性能。     

一类周期结构的部分组集有限元法及静动力分析

本文分析了周期结构经有限元离散所形成系数矩阵的元素分布，提出部分组集的有限元法；随后将块ＳＯＲ、块共轭梯度等方法用于求解相应的线性代数方程组，并以此改造求解大型特征值问题的Ｌａｎｃｚｏｓ算法。这些工作使得在一类周期结构静动力分析中能够避免对大规模代数方程组的直接计算。算例表明这些工作大大降低了所需内外存空间     

内嵌牛顿迭代的线性隐式算法及其在结构非线性动力分析中的应用EI北大核心CSCD

将牛顿迭代法的思想引入平均加速度法,对方程式以加速度项作为迭代变量进行内嵌一次牛顿迭代处理,推导出了一种新型的线性隐式数值积分方法。然后通过离散控制理论和根轨迹法分析了新算法在求解含非线性恢复力和非线性阻尼力的结构运动方程时维持稳定的条件,并利用一个单自由度剪切型结构,检验了新算法的非线性稳定性。最后通过数值模拟,考察了新算法对于非线性多自由度结构体系的适用性和可靠性。     

改进动力松弛法在膜结构找形中的应用

该文针对动力松弛法中阻尼参数的取值提出了简便计算方法,通过算例分析,证实了提出的阻尼计算方法和结构的临界阻尼相接近。针对建筑师对膜面造型的变化要求,对动力松弛法进行改进:根据对典型马鞍面的轮廓分析,以改变膜曲面造型为目标,通过引入函数f(L)=(d/L)~α修正了动力松弛法中节点刚度的取值。改进后的动力松弛法可以依据建筑师的不同要求,通过调整参数α来得到不同的不等应力膜面,大大扩展了经典动力松弛法的适用范围。     

结构动力分析的静态子结构法

文中把静态子结构法与 Ritz 向量直接叠加法相结合,构成了结构动力分析的静态子结构方法,这一方法对于大型结构的动力分析问题是十分有效的。     

倒伞式可展索膜结构静力特性分析

倒伞式可展索膜结构是一种新型的张拉式索膜结构,它不同于现有的固定式索膜结构,具有样式新颖,结构灵活,使用方便,用途十分广阔等特点。对倒伞式可展索膜结构的静力分析原理进行了理论推导。结合算例,对该结构的静力性能做了详细的分析。对结构在恒载、预张力、风荷载和雪荷载作用下的反应进行了数值模拟,研究了倒伞式可展索膜结构在荷载作用下应力及位移的变化规律,并找出了它与现有的固定式索膜结构相比所独有的特点和优势,得出了一些适用于倒伞式可展索膜结构的主要结论。     

运用振动反分析方法计算振动荷载

本文研究运用振动反问题理论求解振动荷载时程的问题。在Newmark法求解运动平衡方程的基础上，推导了求解振动荷载的公式。采用最小二乘法估计最可置信的荷载系数。提出了由结构对振动荷载的反应求振动荷载时程的有限元方法。通过算例验证了方法的有效性。本文为计算振动荷载提供了一种新的方法。     

框架结构非线性动力时程分析的一个方法

为了较为准确地进行高层框架结构非线性动力时程分析,基于弯矩—曲率恢复力曲线,本文提出了一个较为准确的非线性杆件模型。弯矩—曲率恢复力曲线可以是任意的,而相应的单元刚度矩阵的建立较为简单。另外,本文还提出了用于动力时程分析的精确子结构方法。采用本文提出的方法,使得高层框架的直接动力分析能在微机长进行。     

基于XFEM和改进人工蜂群算法的结构内部缺陷反演

将扩展有限元法与智能优化算法相结合,基于结构的实际响应值反演出结构内部缺陷信息。传统人工蜂群算法在一定程度上朝着任意的方向搜索,为了避免出现搜索的局部最优现象,该文在传统人工蜂群算法中嵌入了加权平均数突变和交叉算子,将这种改进算法用于单个圆形、椭圆形缺陷和两个不规则缺陷的反演分析,并研究了该算法在测得值有误差情况下的适应性。研究得到：这种改进人工蜂群算法能准确反演出结构的真实缺陷信息;改进人工蜂群算法相比于传统人工蜂群算法收敛速度更快且不易出现局部最优,且定位准确,鲁棒性较强。     

基于同伦分析方法的随机结构静力响应求解

该文提出了一种基于同伦分析方法的求解含随机参数结构的静力响应的新方法。该方法将随机静力平衡方程重新进行同伦构造,利用含随机变量和趋近函数的同伦级数展式来表示结构的随机静力位移响应,该同伦级数的各阶确定性系数和趋近函数可通过对一系列的变形方程求解得到。由于趋近函数的引入,该同伦级数解相较于传统的摄动法有更大的收敛范围,对于含较大变异性随机参数的结构也能获得不错的求解精度。同时,该文提出了一种降维策略来提高该方法的计算效率。数值算例表明,与目前广泛应用的广义正交多项式展开法（GPC）相比,从计算精度上看,该文方法的3阶展开与GPC 2阶展开相当,该文方法的6阶展开与GPC 4阶展开相当,而计算时间上前者均明显少于后者。此外,该文方法也可以方便地应用到随机结构的几何非线性分析当中,并具有较好的计算精度和计算效率。     

A NUMERICAL METHOD FOR DYNAMIC ANALYSIS OF VEHICLES MOVING ON FLEXIBLE STRUCTURES HAVING GAPS

A numerical method is presented for the dynamic analysis of vehicles moving on flexible structures which contain gaps. The Lagrange multipliers associated with the kinematic constraints of the vehicle components and the contact forces between the rigid wheels of the vehicle and the flexible structures are simultaneously computed with the solutions of the equations of motion by using the iterative schemes. On the kinematic joints and on the possible contact points the velocity and acceleration constraints as well as the displacement constraints are satisfied by the monotone reductions of the corresponding error vectors. And a well-developed simple one-step time integration of ordinary differential equation is employed for the solution of the equations of motion. Convergences of the iterative schemes are analysed and numerical simulations are conducted. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.