复合材料加筋层合板的极限强度分析

基于更新拉格朗日格式,应用非线性层合三维退化壳元,结合有效的复合材料失效准则、刚度退化模型以及提出的刚度矩阵奇异判断准则,对复合材料加筋层合板在轴向载荷作用下的压缩极限强度问题进行深入研究。讨论了铺层方式、板厚等对极限强度的影响。通过与试验结果进行比较,表明基于提出的刚度矩阵奇异判断准则,结合增量更新拉格朗日格式下非线性层合三维退化有限元的计算方法,能有效计算复合材料加筋层合板的轴向压缩极限强度,并具有很高的精度。     

初始缺陷对板钢结构极限承载力的影响分析

从含初始弯曲的大挠度方程出发,以薄板厚度的折减量为摄动参数,将残余应力考虑成等效荷载,并通过参数分析的方法修正残余应力等效荷载,根据实用板与理想板的比拟,得出板的厚度折减量和板的极限承载力方程。非线性有限元分析和试验数据的对比表明:该文提出的方法实用、精度高,是分析板钢结构极限承载力的通用方法,可作为非线性有限元分析方法的补充,大大简化了结构极限承载力分析的复杂性。     

含切口复合材料加筋板的压缩剩余强度研究

通过对含穿透切口的复合材料加筋板轴向压缩试验以及有限元渐进损伤模拟分析,研究了加筋板离散源损伤的扩展模式与破坏特征。结果表明,切口前端出现了非常明显的应变集中且最先发生破坏,沿切口方向未切断筋条的屈曲和壁板边缘的突然压溃导致了加筋板的最终破坏。基于最大应变判据和Hashin判据的三维有限元渐进损伤模拟有效的表达了含切口复合材料加筋板的损伤扩展,计算结果与试验吻合较好。     

基于人工神经网络的多处损伤加筋板剩余强度预测

用BP神经网络算法对多处损伤加筋板的剩余强度数据进行训练学习,将预测值和3种经典分析方法的计算值与实验值进行对比,结果表明,ANN法预测值与实验值吻合得最好,LMC修正法和WSU3修正法次之,Swift塑性区连通法最差。最后用所建立的BP网络对不同主裂纹半长和韧带长度的剩余强度进行了预测,结果发现,在其他参数不变的情况下,不管是双筋条还是三筋条加筋板,剩余强度总是随主裂纹半长的增加而成线性降低,随韧带长度的增加而成线性增加,但双筋条加筋板比三筋条加筋板对主裂纹半长和韧带长度的变化更加敏感。     

船舶结构极限强度分析的理想结构单元法

基于理想结构单元法的基本思想,用加筋板单元模拟拉伸/压缩载荷作用下船体的屈曲/塑性破坏行为,并将其应用于船舶结构极限强度的计算,建立了一种面向船舶结构设计的新的极限强度计算方法,为船舶结构设计载荷的确定和安全性评估提供了一种快速可靠的方法。     

混凝土弯冲板的破坏机构与极限强度

根据试验结果,建立了考虑弯曲变形的新的斜锥面冲切破坏机构,基于塑性极限分析理论,采用双剪应力强度准则,推导得到钢筋混凝土板斜锥面抗冲切荷载表达式,并提出冲切板的极限承载力由斜锥面实际抗冲切力和板抗弯能力二个部分组成。对国内外101个冲切试件的计算结果表明,理论值与实测值吻合良好。     

具有初始几何缺陷加劲板的动态屈曲

针对工程中常用的加劲板,研究了动态屈曲的求解方法。将加劲板分为母板与加劲肋两个部分考虑,其中母板按经典薄板理论计算,加劲肋视为Euler梁。假定加劲板的位移,利用Hamilton原理结合系统能量和振型叠加法建立了加劲板的动态屈曲特征方程。最后,选择四边简支加劲板进行数值分析,分析中考虑初始几何缺陷的影响,并讨论了初始几何缺陷、加劲肋的数量及其刚度的变化对动态屈曲临界荷载的影响。结果表明：一阶模态的初始几何缺陷对加劲板的临界荷载影响很大,而增加加劲肋的数量及其刚度可以提高加劲板的抗动态屈曲能力。研究结果也为加劲板的结构设计方法提供一定的参考。     

复合材料加筋板低速冲击损伤及剩余压缩强度试验研究

采用落锤法对复合材料加筋板进行了低速冲击损伤（LVI）试验,根据复合材料加筋板构型,设计了冲击支持支架,研究了支持支架的间距对冲击结果的影响;用相同的冲击能量对复合材料加筋板结构中3处典型位置进行冲击,得到不同位置的损伤形貌;分别对完好件和损伤试验件进行压缩试验,将试验结果进行对比,分析不同位置的冲击损伤对结构压缩性能的影响。试验结果表明：在相同的冲击能量下,支持支架间距越小,所造成的冲击损伤越严重;在50 J冲击能量下,筋条区蒙皮处的冲击所造成的损伤不易观察,筋条间蒙皮处的冲击所造成的损伤最为明显,而筋条边缘蒙皮处的冲击可以导致筋条边缘的脱粘;冲击损伤会使加筋板屈曲载荷轻微下降,筋条间蒙皮和筋条区蒙皮冲击损伤对压缩结果影响相对较小,筋条边缘处的冲击会引起损伤处蒙皮的子层屈曲,并影响结构破坏形式,使结构压缩承载能力有较为明显的下降。     

复合材料大变形任意加筋板单元

本文构造了用于复合材料偏心加筋板状结构大变形分析的任意加筋板单元。在此模型中,肋骨可放置在板单元内任意位置和任意方向,因而在网格划分时,可不必顾及肋骨的具体位置。在板和肋骨的基本方程中,引用Von-Karman大变形理论计及大变形的影响,按照 Mindlin-Reissoner一阶剪切变形理论考虑横向剪切变形。任意加筋板单元具有和常规板单元相同的自由度。数值计算表明本文的有限元模型具有很高的精度。     

高速船舱壁加筋板流固耦合振动分析

将结构有限元法和流体有限元法结合起来,根据Garlerkin法和Hamilton变分原理分别推导出离散的流体和结构的运动方程,用湿模态法求得流体附加质量矩阵,对高速船舱壁加筋板流固耦合系统进行了模态分析.并进行模态试验,研究不同水深时舱壁加筋板结构流固耦合振动模态,同时与有限元计算结果进行比较,从而揭示了该类结构流固耦合振动的动力特性,对舱壁加筋板结构的动力设计具有指导意义.     

管节点承载力的非线性有限元分析

本文提出了运用四边形等参壳元构造管节点有限元模型,用自动步长增量法来计算管节点的极限承载力：在ＡＤＩＮＡ程序的基础上开发了前处理和后处理程序,使管节点（包括空间管节点）的有限元分析的成本大大降低;平面管节点的算例表明本文方法与实验结果相吻合,在此基础上本文提出并计算了圆管与矩形管管节点。     

大挠度索结构的非线性有限元分析

本文基于有限元理论,将大挠度索离散为一系列小挠度索单元,推导出索结构的刚 度矩阵的显式。应用本文介绍的方法,可以计算任意挠度、作用有任意荷载的索结构。经过 算例对比,表明本文方法对于求解索结构是一种很好的方法。     

基于非线性强度准则的土工结构安全系数有限元计算

将幂律型广义非线性强度准则应用到土工结构安全系数计算中,令土体强度逐渐降低,直至结构破坏,得到最终的安全系数,并开发了基于幂律型广义非线性强度准则的有限元强度折减法程序。该方法不需事先假设滑裂面,计算方便可靠,能适用于各种复杂地质条件。作为算例,该文分别采用线性和非线性两套指标计算了一常见高土石坝和一机场高填方边坡的安全系数。在线性指标下该文方法与PLAXIS内置有限元强度折减法计算结果一致,相对非线性指标,线性指标计算的滑裂面偏浅,计算的安全系数大小随线性参数的确定方法不同而不同。建议使用非线性强度指标计算高围压下土工结构的安全系数。     

粘贴钢板加固钢筋混凝土梁的分离式有限元模型

提出了外粘钢板加固受弯钢筋混凝土梁的非线性有限元模型。该模型中采用了一种特殊的、具有剥离破坏功能的界面单元来模拟混凝土梁和外粘钢板之间的粘结层,这种剥离破坏主要发生在粘贴钢板端部区域和弯曲、剪切裂缝附近。影响这种剥离破坏的主要因素有两个:一是粘贴钢板的端部与加固梁支座距离;二是粘贴钢板的厚度。传统的梁理论不能描述这种加固梁破坏模式,采用有限元方法能全方位地描述这种加固梁的各种性状和破坏模式。数值计算结果与粘贴不同厚度钢板加固梁的试验结果相吻合。     

板壳结构非线性随机有限元法研究

采用摄动随机有限元法研究了具有随机参数的板壳结构大挠度动力响应问题。基于Mindlin-Reissner板理论,采用全量Lagrangian法推导了具有板壳结构的大变形、大转动的动力响应有限元列式;通过基于等参变换的局部模型对随机场进行离散,结合摄动技术,建立了基于摄动技术的增量形式的随机有限元列式,计算结果与Monte-Carlo法相比较表明了该方法的有效性和精确性。通过该方法,为进一步进行结构可靠性分析提供了依据和方便。     

钢框架梁柱端板连接的非线性有限元分析

运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,对8个不同形式、不同构造的钢框架梁柱端板连接进行了非线性有限元分析(FEA),并与相应的试验结果进行了全面对比分析。比较结果表明:该文的有限元模型不但能够准确地分析计算各种类型和不同构造的钢框架梁柱端板连接节点的整体受力特性,包括承载力、弯矩-转角(M-φ)曲线、极限变形状态等,还能有效地分析计算节点及其组件的细部受力特性,包括高强度螺栓的预拉力,端板和柱翼缘之间的接触状态,以及节点域、端板、螺栓、端板加劲肋、节点域加劲肋等组件的受力状态,为进一步运用该模型对各种形式和构造的端板连接进行全面的有限元参数分析计算提供了正确性依据。同时,有限元分析还给出了螺栓预拉力引起的接触面预压力分布、荷载作用下接触面的摩擦力分布以及节点的主应力流分布等对于全面和深入理解端板连接节点受力特性非常有意义但是又难于通过试验进行测量的结果。     

填充粘弹性材料剪力墙结构非线性有限元分析

基于被动控制的设计概念,该文在开缝剪力墙的基础上,在缝槽中填入粘弹性材料,并将这种构件应用到一幢八层钢筋混凝土剪力墙结构中。基于通用有限元软件ABAQUS,建立了该结构的弹塑性有限元模型,并对其在地震下的性能进行了数值模拟,重点研究了墙体开缝对结构地震反应的影响,以及缝槽中填充粘弹性材料对结构的控制作用。研究结果表明,墙体开缝降低了结构的刚度,增大了结构的位移反应,但开缝对减小结构底部反应及改变结构损伤分布有利。而缝中填充粘弹性材料后,可有效的控制结构的地震反应,减小结构的损伤,具有良好的实际应用意义。