空间杆系结构的有限元非线性分析

推导建立一种用于空间杆系结构非线性计算的多结点空间等参杆单元。这一单元动用了有限位移的增量理论，引入了等参元的概念，结合材料的非线性模型可有效地解决空间杆系数结构的非线性分析计算问题，能更好地处理空间曲杆，在处理非线性计算时采用了以单元内积分点的非线性状态综合描述单元非线必状态的方法。     

形状记忆合金受弯杆的力学性能分析

以Brinson本构模型为理论依据,推导出任意截面形状的SMA杆在弯矩作用下横截面上的应力分布及马氏体百分数随截面高度变化的理论计算公式;对循环弯矩作用下杆件的耗能能力进行了分析,建立了完整的计算理论;并就等直矩形截面杆利用Matlab编制的程序进行了数值计算,得出了截面边缘最大应力和应变与外荷载弯矩的关系曲线、应力及马氏体百分数在截面高度上的分布曲线、耗能量与截面高度的关系曲线、耗能量与边缘最大应变的关系曲线,而且对这些曲线进行了讨论,认为SMA材料可以在结构振动被动控制中耗散由于弯矩荷载而引起的能量.     

钢框架二阶弹塑性分析的简化塑性区法

本文提出钢框架二阶弹塑性分析的简化塑性区法。它可以考虑轴力的Ｐ－Ｄｅｌｔａ效应、残余应力、横截面刚度退化和塑性区长度等几何和材料非线性因素的影响。该法既弥补了经典塑性铰法不能考虑横截面刚度退化和塑性区长度影响的不足，又克服了塑性区法单元划分过多，因而多占计算机内存和花费机时的缺陷。计算分析表明，其结果令人满意。     

薄壁圆管截面空间梁系塑性及弹塑性矩阵

目前应用广泛的空间网壳结构,大多数均由高频焊接薄壁圆钢管作为基本结构单元,为了精确对该类结构进行弹塑性分析,必须获得材料的弹塑性本构关系。通过推导理想弹塑性材料,任意应力状态的塑性矩阵和弹塑性矩阵,并结合薄壁圆管截面空间梁系中微梁元的特殊应力状态,得出该类结构进入塑性状态后的本构关系。为空间网壳结构的弹塑性地震响应及抗震性能分析研究奠定了坚实基础。     

空间杆系结构的有限元计算结果的可视化

针对空间杆系结构有限元计算结果的特点,提出了一种适合于空间杆系结构有限元计算结果图的生成方法。利用有限元计算结果文件生成变形图、计算截面的内力图、应力图,用图形直观地显示杆系结构受力变形的情况及其用户所感兴趣单元上的内力和应力情况,并给出了QTZ25型塔式起重机的有限元计算结果图的生成算例。该方法生成速度快,复法简洁。     

几何材料非线性分析的新空间梁柱单元

给出了基于UL法的三维梁柱单元虚功增量方程,首次详细推导了同时考虑翘曲和剪切变形以及力矩空间转动影响的三维空间薄壁梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵;材料非线性通过在单元端部形成塑性铰来考虑,对Orbison截面塑性面进行了修正,以考虑扭矩和翘曲对截面强度的影响,采用塑性流动法则推导了单元端部进入塑性时的单元弹塑性切线刚度矩阵。算例表明,只需要一到两个单元就可以准确预测空间钢框架的极限承载力和失稳模态,有效考虑剪切变形及翘曲对结构的影响。     

某钢管防撞墩ANSYS模拟计算

为改进某大桥钢管防撞墩结构,利用ANSYS软件建立了该结构的有限元仿真模型,计算了15个不同撞击点在船撞工况荷载作用下构件上的应力,分析了防撞墩应力分布与结构布置的关系。计算结果表明:相同工况条件下,构件最大应力与系杆跨度呈正相关,与节点刚度、撞击点系杆数量呈反相关;底层系杆提升时,桩的应力会显著增大。因此,可采取减小系杆跨度、增加节点刚度和撞击点系杆数量等方式,减小构件最大应力,确保结构安全。提升底层系杆时,要控制提升高度,防止桩的破坏。     

钢偏心压杆腹板的稳定分析

本文对截面部分进入塑性的钢偏压杆腹板的屈曲进行了研究。假定材料为理想弹塑性,选取典型截面与规范(T J 17—74)相同。首先分析了承受偏压,剪切组合荷载的周边简支薄板的弹塑性屈曲强度,提出了近似计算公式并与试验结果吻合。然后分析了工字形,箱形截面钢偏压杆极限荷载前腹板的塑性开展及受力状态。根据等稳原则计算了腹板宽厚比限值,提出了计算腹板宽厚比限值的简易方法。     

有限分析法解扭转问题

有限分析法是近年来发展起来的一种新的数值方法,该方法与有限差分法和有限单元法是不同的,有限分析法的基本思想是利用局部分析解建立计算格式,因而是一种更好的数值逼近。本文用有限分析法试算了矩形截面杆的扭转问题,并将该方法与加权残数法相结合,进一步求解了任意非矩形截面(如圆,椭圆,三角形)杆的扭转问题。计算结果表明,该方法具有精度高,计算简便等优点。     

横力弯曲时线性强化材料剪应力分析

塑性理论对线性强化弹塑性材料,在横力弯曲时横截面上的剪应力分布,由于无法给出相应的屈服函数,而不能获得解析解。本文利用工程实用方法,解出了对称截面情况下的剪应力分布。结果说明,横力弯曲时,处于弹塑性阶段的线性强化材料制成的梁,剪应力在塑性区成线性分布,在弹性区成抛物线分布。所用方法和所得结果虽然是近似的,但具有满足工程要求的精度,并且物理、力学概念清晰。文中按照此法算出的理想弹塑性材料剪应力分布和弹性核高度与已知结果全完一样。     

密肋壁板结构计算模型及静力弹塑性反应分析

结合前期密肋复合墙体与密肋壁板结构的试验研究,将密肋复合墙体中砌块等效为均匀受力的斜压杆,推导出等效斜压杆的弹塑性应力-应变公式,提出在等效斜压杆中设置轴向塑性铰,由此建立密肋复合墙体的弹塑性计算模型;研究密肋复合墙体的弹塑性屈服机制;建立密肋壁板结构的弹塑性计算模型,并对结构进行静力弹塑性反应分析;最后提出密肋壁板结构抗震性能评估方法.理论分析和试验表明:采用等效斜压杆模型对密肋复合墙体进行分析能较好的反映墙体"三阶段"破坏特性;建立的结构弹塑性计算模型能较好地模拟密肋壁板结构的真实破坏过程,为结构的抗震性能评估及弹塑性动力反应分析提供简化的力学模型.     

钢腹杆PC组合梁桥抗弯性能

为研究钢腹杆PC组合梁桥的抗弯性能,开展了钢腹杆PC组合梁模型试验,研究了钢腹杆PC组合梁混凝土顶底板应变与主梁变形等随荷载的变化规律,揭示了组合梁弯曲应变沿截面高度的分布规律,得到了组合梁的破坏模式;进行了钢腹杆PC组合梁有限元参数分析,探讨了主梁高跨比和偏载效应对钢腹杆组合梁抗弯性能的影响;提出了钢腹杆PC组合梁截面开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩计算方法。研究结果表明：钢腹杆PC组合梁桥的破坏过程包括弹性阶段、开裂弹性阶段、弹塑性阶段和失效阶段。在弹性阶段和开裂弹性阶段,钢腹杆PC组合梁截面顶底板变形满足“平截面假定”。钢腹杆PC组合梁跨中截面的变形与应力随高跨比的增大而减小。对于自重较小的钢腹杆组合梁桥,偏载对组合梁变形与应力的影响较大,且变形与应力增大系数随高跨比的增大而增大。与有限元和试验结果相比,本文提出的钢腹杆PC组合梁开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩的计算方法具有较高的精度。     

单向偏心弹塑性压杆临界力计算——《用切线刚度法计算偏心压杆弹塑性稳定问题》之一

前言偏心压杆在弯矩作用平面内破坏时,通常部份截面已进入屈服阶段,塑性区部位可能只在截面的一边,也可能在截面的两边,而且沿杆长的分布也是变化的。二十世纪三十年代,许瓦那(Chwalla,E.)等人对于偏心压杆弹塑性计算提出了较为精确的解析法,但其微分方程的求解较繁,不便于应用,因而常采用耶硕克(Je ek,K.)等人提出的近似分析方法。其主要假定为:杆件弯曲后的挠曲线为正弦曲线;材料为理想弹塑性体;同时,只在杆件一个截面上建立平衡条件而不考虑塑性区的深度沿杆长的变化。我国现行《钢结构设计规范》(TJ17—74)的有关理论基础也是建立在上述假定之上的。     

坡形门式刚架弹塑性稳定分析

本文提出了坡形门式刚架结构弹塑性稳定的有限元分析方法。文中导出了有大位移及轴向力影响的杆在弹塑性状态下的单元切线刚度矩阵。同时还较全面地考虑了坡形门式刚架横梁受轴力时对柱约束的影响,提供了有利于计算变截面刚架近似处理方法。编制了相应的计算机程序。并进行了模型试验,从试验数据与计算结果来看,较为吻合。     

新型外包钢-砼组合梁的理论分析

在新型外包钢-混凝土组合梁试验研究的基础上，针对传统的弹性理论方法和塑性理论方法记算组合梁正截面抗弯承载力存在的不足点.根据试验结果，提出理论计算的假定，采用条带法推导其弹塑性状态下的正截面受弯承载力计算公式，并编制了计算程序，得到了7根组合梁整个受力过程中的弯矩-曲率关系曲线.将程序计算结果与“矩形应力块”法的计算结果进行了比较，最后得到外包钢-混凝土组合梁正截面抗弯极限承载力的简化计算公式.     

箱形杆件压溃荷载近似计算

根据Jezek的思想,假定杆件的平衡挠度曲线为半波正弦曲线,材料的本构关系符合理想弹塑性模型。对于有初弯曲和初偏心等初始缺陷的杆件,可以将杆件的长细比朦示成截面屈服区高度hx的函数。针对箱形截面特性,结合中国铁路桥梁钢结构设计规范,通过求匕述函数的极值得到两端简支无初始残余应力箱形截面杆件压溃荷载的近似计算公式;并通过展开级数,得到等边箱形截面杆件的压溃荷载计算公式。算例表明：用这种近似计算公式求解压杆的极限荷载时,无需对截面划分单元,工作量少,具有非常高的计算效率和较好的计算精度,适合大型桥梁初步设计阶段近似确定杆件的压溃荷载。     

软岩巷道锚注支护结构蠕变分析

对锚注前软岩巷道围岩应力状态进行弹塑性分析,计算出锚注前围岩残余强度区半径;在此残余强度区内进行注浆,并将注浆区再细化为弹性区和塑性区,引入岩石蠕变的鲍尔丁-汤姆逊模型,建立了软岩巷道锚注支护结构的蠕变分析模型,采用塑性区岩体体积不变的假设,对锚注支护结构进行了黏弹性分析和黏塑性分析,推导出软岩巷道锚注支护结构应力及位移的蠕变公式.理论分析与相似模拟结果表明:软岩巷道锚注支护结构弹性区应力与时间无关,塑性区应力随时间而变化;弹性区、塑性区位移随时间的推移而不断增大,最后趋于一定值,且塑性区位移与半径成反比关系.     

配筋梯度混凝土梁极限承载力分析

采用高强高性能混凝土替换普通混凝土压区形成了配筋梯度混凝土受弯结构构件,该类新型结构构件可达到使相对受压区高度易于满足截面容许受压区高度的目的.结合拉压区为异强混凝土的配筋梯度混凝土梁试验,获得了极限压应变、极限变形以及纯弯段箍筋应变等,着重分析了承载能力极限状态下平截面假定的适用性以及两类混凝土的整体工作性能.提出了配筋梯度混凝土受弯结构构件正截面承载力计算方法,探索了该类梁塑性铰转动能力与曲率延性.为配筋梯度混凝土受弯结构构件承载能力极限状态计算提供了理论支持与试验依据.     

双层隧道内力分析

根据弹塑性理论，采用四节点、四边形等参数单元和理想弹塑性德鲁克－普拉格弹塑性材料模型，对双层隧道进行了平面应变有限元分析，自编了考虑初应力分阶段释放、模拟具体施工过程的计算处理软件，运用该软件，计算得到了衬砌与围岩共同工作时的变形情况，应力分布和塑性区分布的状况，并最终给出了衬砌的各个横截的设计内力值。     

强化材料梁剪切弯曲时剪应力分析

塑性理论对线性强化弹塑性材料在剪切弯曲时横截面上的剪应力分布，由于无法给出相应的屈服函数而不能获得解析解。文中利用一个简单直观的方法，解出了对称截面情况下的剪应力分布。结果说明，横力弯曲时，处于弹塑性阶段的线性强化材料制成的梁，剪应力在塑性区成线性分布，在弹性区成抛物线分布。所用方法和所得结果虽然是近似的，但其有满足工程要求的精度。