Euler梁受横向冲击的解析解

研究了重物对拉压弹性模量不同Euler梁的冲击问题.把被冲击的拉压弹性模量不同Euler梁简化为一集中质量与无重弹簧相连接的单自由度弹性系统,使重物对Euler梁的冲击问题转化为重物对具有集中质量单自由度弹性系统的冲击问题,然后采用动力学方程推导出了重物对梁的冲击力、冲击时间、动载荷系数的函数表达式,克服了能量法仅能给出最大动载荷系数的不足.通过算例分析指出,当拉压弹性模量相差较大时,不能把重物对拉压弹性模量不同Euler梁的冲击问题简单处理为重物对单弹性模量Euler梁的冲击问题,必须考虑拉压弹性模量不同的因素对Euler梁冲击问题的影响.     

梁在轴向流固冲击作用下的弹塑性动力屈曲

关于梁在流固载荷作用下的动力屈曲问题的理论大多数仅限于材料的弹性范围.该文根据梁的动力屈曲基本方程,采用线性强化弹塑性模型及B-R准则,对梁的弹塑性动力屈曲问题提出了一种简化计算方法.利用该方法,对梁在轴向流固冲击载荷直接作用下的情况进行了近似求解,并对初始几何缺陷和载荷持续时间进行了参数分析.算例结果表明,材料的塑性会降低梁承受动态载荷的能力,弹塑性条件下载何持续时间和几何初始缺陷对其屈曲载荷的影响规律与弹性条件下的变化趋势一致,即载荷持续时间越长,屈曲载荷越小,屈曲载荷越大.     

埋地管道在地震波作用下受力模型研究

基于弹性地基梁模型和波动理论,将地震波简化为正弦波,管土之间以弹簧连接,建立了埋地管道的轴向受力模型、横向受力模型、扭转受力模型及考虑组合变形下的组合受力模型.然后研究了地震烈度、管径、场地类别对管道轴向应力、横向应力、扭转应力和组合应力的影响.研究结果表明:地震烈度越大,管道越容易破坏;采用大管径管道或者将管道埋设在...     

多支点变刚度轴支承载荷的灵敏度

多支点轴支承载荷的分配直接影响设备的安全运行，各支承的标高是影响支承载荷分配的主要因素，只要建立了支承载荷对支承标高变化的灵敏度矩阵，便可方便地求得不同标高下的载荷分配，传递矩阵推算方法需进行载荷和轴的简化才能求解，当载荷复杂且轴刚度变化大时便无法准确计算。作者在不进行载荷和轴系简化的情况下，建立一种变刚度静不定梁的通用模型，推导出该梁任意截面的转角和挠度变形的一般方程。由变形方程得出静不定梁求解的求解矩阵，导出支承载荷计算的灵敏度矩阵和线笥公式，并对回转进行分析和计算。研究结果表明：该方法避免了由于载荷和轴系简化引起的计算误差，计算精度高；计算中对轴端支承形式也没有限制，是一种计算支承载荷灵敏度矩阵的通用方法。     

冲击载荷下减振器安装位置的动力响应优化

针对一受冲击载荷作用的结构,以减振器的安装位置为优化变量,以结构姿态角为目标函数,应用遗传算法,实现了对该结构的动力响应优化。运用有限元法及Mooney-Rivlin模型,橡胶减振器被简化为非线性弹簧单元。基于该简化模型,运用包含小生境技术和惩罚处理的遗传算法,实现了对减振器的位置优化。通过将优化结果与原设计方案的比较,验证了本文算法的有效性。本文方法对其它结构的动力响应优化设计也有很好的参考价值。     

多跨连续梁桥顶推施工双导梁的优化分析

为了合理选择多跨混凝土连续梁桥顶推施工中前后双导梁的长度、单位荷载集度及抗弯刚度等参数,以三跨等跨混凝土连续梁桥为例,构建主梁-双导梁的计算简化模型. 利用位移法建立节点平衡方程,推导出各个节点的内力解析表达式. 分别研究不同导梁参数对支点最大负弯矩和跨内最大正弯矩的影响,揭示了在顶推施工过程中主梁内力的变化规律. 以实桥数值算例为例,提出合理、严谨的导梁参数优化计算方法,获得最优的导梁参数. 基于不同的前后导梁长度,分析不等跨连续梁桥的内力变化规律. 研究结果表明,等跨连续梁桥中不同导梁长度会影响顶推阶段,对于不等跨连续梁桥更加复杂. 在不等跨连续梁桥中,后导梁长度对支点最大负弯矩的影响较小,前导梁长度对支点最大负弯矩的影响较大. 实桥算例中导梁的最优长度比、单位荷载集度比及抗弯刚度比分别为0.78、0.14及0.39,提出的导梁参数优化计算方法简单,可以对不同的截面形式进行优化.     

海管S型初始铺设仿真算法

为准确模拟初始铺管作业中管道和起始缆的形态,创建一个逼真的深水铺管起重船铺管作业虚拟训练环境.针对S型铺管作业中的初始铺管作业,以Euler-Bernoulli梁理论为基础,对初始铺管管道和缆索进行静态分析,建立几何非线性微分方程,且对管道与缆索微分方程边界条件难以确定导致方程无法求解的问题,提出一种基于微分求积法的迭代方法,该方法能够准确地实现边界条件的确立,从而完成微分方程的求解.仿真和实验分析不同作业状态下管道与缆索的形态与内力变化,结果证明了初始铺管整体算法的准确性.该方法提高了微分方程求解精度且计算量少,易于程序实现,可用于海上铺管作业方案的工程预演,可行性分析和优化作业方案等.     

基于有限元的角焊缝建模的探讨

利用有限元软件ANSYS,采用实体单元、壳单元、壳与梁单元组合等方法建立有限元模型计算箱形梁在均布载荷和集中载荷作用下的应力分布情况.通过计算结果比较分析各种建模方法的优缺点,提出针对不同的结构和载荷情况,选择合适的建模形式.     

冲击载荷下磁性层合梁的缓冲及衰减特性

利用在冲击载荷下磁性层合结构的层间发生滑移,进而引起刚度降低和摩擦耗能的特点,提出磁性层合缓冲及衰减的概念,研究在冲击载荷下磁性层合梁的缓冲和衰减性能。采用FEM方法分析了冲击载荷下磁性层合梁的冲击响应。通过与同样厚度的单层梁进行比较发现,在一定幅值范围的冲击载荷下,磁性层合粱不仅能使冲击响应最大峰值明显降低,而且能使冲击后的自由振动迅速衰减。     

有限变形梁和圆板的动力学基本控制方程

以有限变形连续体的最小加速度原理为基础,分别导出了在任意横向动力载荷作用下,各类典型工程边界条件下的梁,和在任意轴对称横向动力载荷作用下,各类典型工程边界条件下的圆板的有限变形运动方程.该方程反映了膜力效应和转动惯性效应;推导过程直接、简便、不易出错,同时指出,所得到的控制方程对于描述有限变形的冲击动力学问题是适宜的.     

基于光束平差法的像机内参数虚拟立体校准方法

为解决摄像机内参数的精确校准问题,对基于光束平差法的像机内参数虚拟立体校准方法进行了研究。通过对摄像机成像过程中各种畸变因素的分析,建立一个更加全面的校准模型;建立了关于校准参数的共线性方程,并对其进行线性化。构建基于Gauss-Markov原理的误差模型,实现对像机参数的优化求解。利用红外发光二极管随坐标测量机测头在校准空间内作定间距移动构成虚拟立体校准模板,保证了高精度校准控制点的获取。校准试验表明,该方法切实可行,能够解决视觉测量时摄像机内参数精确校准问题。     

起重机主梁截面风力系数预测及结构优化设计

为解决传统计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法获取港口起重机主梁截面风力系数过程繁琐、难以实现结构快速优化设计的关键技术难题，提出了一种基于卷积神经网络的起重机主梁截面风力系数快速预测模型。本研究所提出的风力系数快速预测模型利用自由几何变形方法处理基础截面形状以获取具有丰富几何特征的起重机主梁截面图形集，并采用CFD方法计算各主梁截面图形对应的风力系数生成数据集。在此基础上，基于数据集训练预测模型并对其网络结构进行优化，建立了主梁截面与风力系数之间的非线性映射关系。此外，进一步将该预测模型与遗传算法结合建立了一种主梁截面优化设计方法，并以数据集内F₁₁截面为例将防风性能作为优化目标测试了该优化方法的准确性和效率。算例测试结果表明，所提出的风力系数快速预测模型在预测各主梁截面的风力系数时平均相对误差为1.87%,预测时间为毫秒量级，比传统CFD方法计算效率有数量级地提升；应用本研究所发展的起重机主梁截面优化设计方法优化后的F₁₁截面较优化前风力系数降低了15.89%,能够极大地提高主梁截面的防风...     

石英振梁加速度计关键结构优化设计技术

为满足石英振梁加速度计高动态性能的要求,对其关键结构石英谐振器进行优化设计分析．在总结 结构优化设计的数学描述以及模型建立的原则基础之上,用模态分析理论和有限元软件工具,构建结构隐式 约束函数,给出生成分析文件,定义优化变量,设置了与优化有关的具体步骤,分析各设计变量的变化规律及 影响．结果表明,结构优化后,尺寸比较合理,满足设计目标,石英振梁加速度计中的单个摆片的标度因数值 提高了16%,改善了加速度计的性能     

自适应张弦梁结构的非线性内力控制

根据预应力在自适应张弦梁结构中的作用和撑杆的可调控性,提出基于局部分析法的内力控制分析方法.建立外荷载作用下,以结构最合理内力状态为控制目标的线性内力控制算法的优化模型.利用模拟退火算法来获得可调撑杆的调节量;考虑内力控制的几何非线性,引入非线性迭代过程,对线性控制算法的结果进行修正,建立结构的非线性内力控制算法.通过多撑杆自适应张弦梁结构数值算例在不同外荷载作用下工作性能的分析,验证了非线性内力控制算法的适用性.     

Finite Element Model Updating of Complicated Beam-Type Structures Based on Reduced Super Beam Model

基于超梁降阶模型的复杂梁式结构有限元模型修正

王文胜，魏豪杰，候中华，梅群，李一帆

（河南科技大学 工程力学系，河南 洛阳 471023）

摘要：

提出一种针对复杂梁式结构的有限元模型修正方法。首先采用建立在经典梁理论中的平面截面假设和位移插值函数的超梁降阶模型方法，将复杂的梁式结构简化为具有较少自由度的超梁降阶模型。在此基础上，模型修正过程中所需要的特征值求解和特征灵敏度分析是在降阶后的小规模矩阵上进行，与传统基于全结构的模型修正方法相比，大大减少计算量。采用优化技术实现结构模态特性差异的修正，从而获得结构参数的最优值。最后以复杂加筋圆柱壳模型和一实际导弹结构的模型修正为例，证明了基于超梁降阶模型的有限元模型修正方法的有效性和高效性。

关键词：超梁降阶模型方法，模型修正，复杂梁式结构，特征方程，特征灵敏度

     

爆炸下考虑钢梁翼缘变形的改进单自由度法

为解决爆炸下结构产生较大局部变形时采用等效单自由度方法计算结构整体位移会出现较大误差甚至错误的问题,在单自由度理论基础上,以工字型钢梁为研究对象,通过分析翼缘局部变形对钢梁整体位移的影响规律后,基于提出的钢梁截面简化变形模型对其弯曲抗力函数进行改进,提出钢梁抗爆分析的改进单自由度方法。通过有限元软件ABAQUS数值模拟不同爆炸工况下钢梁的动态位移响应与破坏特征,并与单自由度模型及改进单自由度模型的计算结果进行对比,研究了不同计算模型下钢梁的位移及破坏差异。结果表明：与有限元模拟结果相比,钢梁翼缘局部变形越大,单自由度模型计算结果偏小越严重,而改进单自由度模型计算结果较好,可以更好地适用于钢梁抗爆分析的位移简化计算。     

改进Kriging的热结构耦合梁共振非概率可靠性分析

针对梁结构在热结构耦合作用时其极限状态函数为隐式形式且难以求解的问题,基于振动可靠性理论,将改进的Kriging模型与有限元方法相结合,提出了热结构耦合梁共振非概率可靠性分析方法.首先利用Kriging法构建热结构耦合梁可靠性功能函数的近似模型,并利用主动学习法改进了选取新增样本点的方式,使得改进后的Kriging近似模型更加逼近于真实极限状态函数.在此基础上,考虑结构参数的不确定性,对梁结构的不确定变量用区间变量进行描述,建立了含有超椭球凸集的梁结构共振非概率可靠性模型,最后结合优化方法求解出梁结构共振非概率可靠性指标.算例结果表明了该方法的合理性以及计算精度高的特点,为热结构耦合梁的共振非概率可靠性分析提供了可行的途径.     

矿用液压支架掩护梁结构强度优化的研究

在整个采煤过程中,液压支架作为煤矿开采的支护设备,它的高强度性和高安全性直接决定了煤矿开采作业的生产安全。根据目前对液压支架整体结构研究和实际采煤作业中发现掩护梁是液压支架整体较薄弱部位,特别是在顶梁受扭转载荷时更为突出。利用Hyperworks软件针对扭转载荷下的掩护梁进行了静力学分析和拓扑优化分析,在此基础上提出了结构优化方案,并对优化方案进行了相同工况下的静力学分析。对比优化方案的分析结果显示方案四使最大应力减小了24.46%,同时重量降低194 kg,最大位移也有所降低,优化结果最理想。对液压支架的整体优化提供了技术支持,完成了强化结构的同时液压支架总体轻量化的设计目标。     

单层铝合金球面网壳的几何非线性稳定分析

对单层球面网壳进行了几何非线性稳定分析，利用一般空间梁单元的有限元分析，采用特征值屈曲分析预测结构的理论屈曲强度，再以弧长法对结构变形进行全过程跟踪分析，求得极限临界荷载．本文详细分析了40m跨度施威德勒型铝合金网壳在不同荷载作用下的稳定性，以及不同支承条件、不同失跨比对稳定性的影响．     

减震结构粘滞阻尼器参数优化分析

研究了基于响应面法进行减震结构非线性粘滞阻尼器参数优化设计的方法,该方法包括试验设计、有限元分析、响应面函数拟合和参数优化。以一榀钢筋混凝土框架结构非线性粘滞阻尼器参数优化为例,以所有粘滞阻尼器提供的阻尼力之和最小为优化目标函数,层间最大位移限值作为约束条件,建立粘滞阻尼器参数优化的数学模型,然后运用非线性规划优化方法进行参数优化。算例研究结果表明:基于响应面法进行粘滞阻尼器参数优化,既能保证结构层间位移小于限值,又能降低建造成本。