基于精细梁模型的向量式有限元分析

精细梁不同于Euler梁和Timoshenko梁,该模型在考虑剪切变形的同时还考虑了横向弯曲时截面转动产生的附加轴向位移及横向剪切变形影响截面抗弯刚度后产生的附加横向位移。推导了适用于向量式有限元分析的精细梁单元应变和内力表达式,采用FORTRAN自编了向量式有限元程序。对悬臂梁、两端固支梁和门式框架进行了算例分析,对比了采用不同梁单元模型下结构的竖向位移。结果表明:当高跨比较小时,3种梁单元的竖向位移相差不大;当高跨比较大时,精细梁单元的竖向位移较Euler梁和Timoshenko梁明显增大,表明剪切变形及刚度折减引起的附加轴向位移、附加横向位移不能忽略。精细梁单元模型对高跨比较大的梁进行分析可望得到更精确的结果。     

基于不同模型钢筋混凝土梁有限元分析

混凝土简支梁在受力的情况下的挠度大小、等效应力大小以及塑性应变是判断一个工程是否可靠的关键。借助有限元数值分析,将简支梁划分为无限小的单元,然后对各单元进行数值微积分求解,得出整体的受力和变形结果。通过对五种不同的模型进行比较,得出不同情况下混凝土的受力以及变形情况,并通过后处理的手段得出简支梁的塑性区、损伤区以及裂缝的分布和大小。数值分析的结果对工程中的具体实施有指导意义。     

基于Pro／MECHANICA梁模型的有限元分析

文章以不锈钢托架梁为例，讨论如何通过Pro／MECHANICA STRUCTURE软件包对承载的梁模型进行有限元分析，并以云图显示方式显示和存储选定几何模型元素的位移、应力和应变等计算结果。     

基于向量式有限元的实体结构非线性行为分析

基于向量式有限元基本理论,推导了四节点四面体实体单元的基本理论计算式,通过参考平面的逆向运动来获得单元节点纯位移,进而通过变形坐标系获得单元节点内力。将双线性弹塑性材料本构模型引入向量式有限元实体单元,以实现考虑塑性硬化效应时实体结构的材料非线性行为分析。针对实体结构的碰撞接触行为,通过实体外表面质点和三角形网格面的单向碰撞检测来处理碰撞检测问题,采用基于中央差分的罚接触力响应方法来处理碰撞响应问题。弹塑性材料和碰撞接触均作为单独的计算分析模块引入向量式有限元实体单元。算例分析表明,所编制的向量式有限元实体单元程序可以有效实现线性和非线性材料情况下实体结构的静动力、大变形、大转动以及碰撞接触行为分析,验证了所提理论计算式和编制程序计算结果的可信度。     

基于混凝土损伤模型的PC梁力学性能有限元分析

为了探明混凝土塑性损伤模型中有无损伤因子对无黏结预应力混凝土梁与有黏结预应力混凝土梁力学性能的影响,通过ABAQUS软件对以往两种预应力混凝土试验梁进行有限元数值模拟分析,选择适当单元、预应力筋与混凝土之间的接触讨论有无损伤因子对其力学性能影响分析,并将得出的力位移曲线与试验结果对比。结果表明:(1)两种有限元分析结果的PC梁初期刚度与试验结果基本一致,未考虑损伤因子的有限元模型最大承载力略大于试验结果,考虑损伤因子的有限元模型最大承载力略小于试验结果,但两种模型的最大承载力与试验结果相差不大,表明有限元分析建模是行之有效的;(2)从混凝土、普通钢筋以及预应力钢筋的应力分布来看,考虑损伤因子的模型无论无黏结PC梁还是有黏结PC梁,都更符合PC梁的实际受力状况。     

基于BIM的复杂结构有限元精细模型生成

建筑信息模型(BIM)在土木建筑行业的应用得到了广泛关注,相关技术在工程实践中迅速发展与推广。智能化的BIM模型未来可能会逐渐替代传统图纸文件,建筑行业各方将更多采用BIM技术,朝着无纸化的方向发展。为了更好地保障结构在施工建设和运营管理期间的安全性,实现BIM模型向结构分析模型的自动转换,拓展模型的结构受力分析功能显得尤为重要。目前,某些有限元分析软件已开发相关模型转换接口,但若是针对复杂结构的精细化分析,则存在较多困难,往往还需要重新建模。本文基于C#语言编制BIM核心建模软件Revit与商用有限元软件ANSYS的程序接口,通过边界表达B-REP描述模型几何实体,实现BIM模型向有限元精细模型的自动转换,可为复杂结构精细化分析提供基础,具有良好的工程应用前景。     

基于向量式有限元的三角形薄壳单元研究

基于向量式有限元基本理论,通过三角形常应变CST薄膜单元和三角形离散基尔霍夫DKT薄板单元的线性叠加组合,推导三角形薄壳单元的基本理论计算式。通过逆向运动获得单元节点纯变形位移,进而由变形坐标系求解单元节点内力。通过不同变形坐标系与整体坐标系之间的反复转换,解决膜元部分和板元部分的质点位移和内力、单元应变和应力在时间步末的叠加和下一时间步初的分离这一关键问题,同时对单元节点内力计算提出先沿厚度采用Neuton-Cotes积分,再采用Hammer积分方案进行平面内积分。在此基础上编制薄壳单元的计算分析程序,算例分析表明,所编制的向量式有限元薄壳单元程序可以较好地完成薄壳结构的静力、动力分析和考虑大变形大转动的屈曲分析,验证理论推导和所编制程序的有效性和正确性。     

向量式有限元应用于车辆脱轨运动分析

该本主要目的是运用向量式有限元(VFIFE,V-5)方法,提出以VFIFE刚架元所建立车辆模型称为车辆刚架元模型(Vehicle Model Using Frame Element,简称VMUFE)来模拟车辆运动。VFIFE方法不但可仿真轨道与桥梁非线性变形,亦可分析车辆变形体的运动与振动,且可简化模拟刚体车辆运动。此外,VFIFE方法不需要调整任何计算参数以及不需要反复迭代运算过程。为证明研究方法确实能模拟车辆与轨道分离后运动行为,以两题数值算例来证明分析精确性,以及模拟车辆脱轨运动的行为。     

受火钢结构非线性性能的向量式有限元分析

采用向量式有限元分析,对受火钢结构的非线性响应进行研究。通过与已公布的钢结构试验数据及分析结果相比较,验证数字模型。对Williamstoggle框架和钢框架在地震荷载和火荷载下的非线性性能响应进行研究。数值结果显示:当温度低于临界值时,随着温度增加,Williamstoggle框架的承载力显著增大;然而,当温度高于临界值时,随着温度增加,Williamstoggle框架的承载力显著减少,但当温度达到1000℃时,承载力仍大于室内温度时的弹性屈服强度。此外,随着温度增加,屈服前浅拱向上偏转,而且其挠度远小于同样跨度的梁结构。屈曲后,结构的挠度向下,当重新平衡时,显示出悬链线作用。在地震诱发的火灾中,结构变形受余震、火、结构单元的破坏影响较大。     

考虑肋梁偏心的现浇梁板式结构的有限元分析

在有限元分析现浇梁板式结构的基础上 ,考虑了梁对板偏心的影响 ,从而使分析更能反映结构的实际受力情况。分析表明考虑肋梁的偏心以后 ,结构的整体刚度明显增加 ,变形减小 ;肋梁的弯矩与不考虑肋梁偏心时的弯矩相比变化不大 ;扭矩较不考虑肋梁偏心时的增大 ;板的内力较不考虑偏心时的减小     

基于向量式有限元的宏观剪力墙单元开发及应用

剪力墙在服役时受到弯剪扭的共同作用,其在强震作用下的非线性模拟分析一直以来都是研究的难点。采用Fortran语言编制了基于向量式有限元的剪力墙宏观单元(MVLEM),结合材料本构及Fischinger弹簧本构对剪力墙进行低周往复试验的数值模拟,其可以较好地反映剪力墙的非线性行为、滞回性能和捏缩性能。单元内力计算时不需单元刚度矩阵,在程序的编制有较大的优势,计算效率高于传统有限元程序,对于大型剪力墙结构的强非线性模拟计算具有较好的工程应用价值。     

基于向量式有限元的超高韧性水泥基复合材料叠合剪力墙非线性分析

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)具有抗拉性能好、裂缝宽度可控、耐久性强以及受拉应变硬化特征等优点,克服了传统水泥基复合材料的易开裂破坏的缺点,适合于受拉混凝土构件或裂缝要求高的混凝土构件。剪力墙是一种抗震性能良好的结构构件,但其边缘为拉压破坏的易损区域,采用超高韧性混凝土材料替换传统混凝土可望获得更优异的抗震性能。基于求解结构非线性行为的向量式有限元(VFIFE)方法,采用自开发程序模拟分析超高韧性水泥基复合材料剪力墙拟静力推覆全过程。模拟结果表明,超高韧性水泥基复合材料具有优异的抗拉性能及韧性性能,可以有效改善剪力墙开裂后的工作性能,从而提高构件的抗震性能,因此具有重要的工程应用价值。     

基于隐式梯度模型研究混凝土梁

研究了基于隐式梯度模型的混凝土梁,模拟结果表明,隐式梯度模型可以很好地消除网格敏感性及病态的应变局部化所带来的零能量损耗问题,能够准确描述破坏的根本力学机制,因此本文对于隐式梯度模型在混凝土断裂损伤数值模拟的研究有重要的理论意义及工程应用价值。     

充气梁的有限元分析

采用包括Timoshenko动力学、有限转动和小应变的虚功原理定义充气梁弯曲和屈曲的离散非线性计算公式。随后推导出预应力参考构型的线性计算公式,从而得出新的充气梁有限元分析方法。刚度矩阵包括剪切系数和内压力。采用三节点梁单元建模分析悬臂梁的弯曲和屈曲、带箍环面的变形以及承受放射状压力的环面屈曲。采用这种梁元计算的结果与采用三维膜单元有限元计算结果很相近。结合充气梁的冲撞力或者蠕变压力概念,讨论了数值计算结果的有效性。     

基于ANSYS的YZS900t上行式造桥机导梁有限元分析

YZS900t上行式移动模架造桥机是用于建造铁路客运专线32m简支箱梁(24m普通高度箱型梁)的专用设备,可满足32m、24m跨度铁路客运专线混凝土梁的建造。利用通用有限元软件ANSYS建立了该机导梁的有限元模型,对其进行了刚度和强度校核,并在此基础上提出了不同的结构改进方案,为导梁的结构改进提供了理论依据。     

基于扩展有限元法梁裂纹扩展有限元分析

基于ANSYS有限元平台的扩展有限元方法(XFEM),应用最大周向应力准则判断裂纹扩展趋势,对三点弯曲混凝土梁裂纹扩展过程进行数值模拟。构建了加载过程中荷载-裂纹张开位移曲线(F-CMOD),并模拟裂纹扩展全过程。对比数值模拟与实验所得的荷载-裂纹张开位移曲线,对比发现二者较为吻合,进一步证明数值模拟的可靠性。求解了不同加载时间的应力强度因子,并建立了应力强度因子随时间变化曲线,相比于其他求解方式,扩展有限元有着裂纹网格划分简单等优势。     

膜结构大变形分析的向量式有限元4节点膜单元

基于向量式有限元基本原理,首先推导了4节点膜单元的基本公式,详细阐述了通过逆向运动获得单元节点纯变形位移的过程,以及进一步通过变形坐标系获得单元节点内力的求解方法;同时对4节点膜单元的位置模式和内力计算的数值积分等问题提出了合理可行的处理方法。在此基础上编制了4节点膜单元的计算分析程序,通过算例分析验证了理论公式和所编制程序的正确性和有效性,进而将本文方法应用于气枕充气和布料悬垂等膜结构大变形大转动问题的计算分析。     

钢筋混凝土梁非线性有限元分析

利用有限元分析软件ABAQUS对一钢筋混凝土简支梁进行数值模拟,通过引出混凝土塑性损伤模型及材料损伤因子等参数描述了构件的破坏过程及其极限承载力.ABAQUS分析值与试验结果对照发现,使用ABAQUS模拟钢筋混凝土结构的精度较高,为今后复杂结构内力变形有限元分析提供了参考.     

转换梁的有限元分析计算

利用有限元模型,对支撑上部满跨墙体结构和支撑上部框架结构进行了受力有限元分析,为进一步完善转换梁的设计和实际工程中转换梁进行整体受力分析提供指导。