薄壁杆系结构自由振动精确求解的动力刚度法

将动力刚度法应用于薄壁杆系结构自由振动的分析.采用常微分方程求解器COLSYS求解薄壁杆件单元动力刚度所满足的常微分方程边值问题获得单元动力刚度的数值精确解,基于COLSYS求解单元动力刚度的网格采用Wittrick-Williams算法获得单元固端频率的计数,调用COLSYS求解单元动力刚度对频率的导数所满足的常微分方程边值问题获得其数值精确解.由此建立起薄壁杆系结构自由振动精确求解的导护型牛顿法,求得精确的频率和振型.本文数值算法的计算结果与文献以及ANSYS软件的计算结果吻合很好,表明本文方法准确、可靠、有效,可进一步推广应用于其他复杂结构自由振动的分析.     

ABAQUS钢与混凝土复合材料模型的二次开发

为了找出结构的薄弱位置,往往需要对各种复杂的建筑结构进行整体结构层次上的弹塑性数值模拟。为提高建模以及数值计算效率,需要采用梁单元计算模型模拟钢筋、钢骨以及钢管混凝土梁柱等复杂的构件。在混凝土弹塑性损伤模型的基础上,基于ABAQUS平台开发了能够描述以上复杂梁柱构件力学行为的梁单元复合材料模型。模型的提出使整体结构的弹塑性数值计算可以采用较为简单的梁单元和板壳单元模拟,提高了超高层建筑结构整体弹塑性分析的效率。     

空间杆系结构极限承载力的非线性有限元分析

空间杆系结构极限承载力的非线性有限元分析研究工作虽然很多,但诸多存在列式复杂,程序计算效率低等缺点,本文直接从杆单元的空间几何关系和物理关系出发用共旋坐标法导出了空间杆单元在大转动变形条件下的单元切线刚度矩阵,并基于Newton-Raphson迭代法解非线性有限元方程,从而建立了空间杆系结构的大转动变形问题的计算机求解过程,且编制了相应的有限元Fortran程序NSTSAP.数值算例验证了本文方法可用于分析空间杆系结构的极限承载力.     

多弹簧型钢梁柱单元若干问题的探讨

多弹簧空间梁柱单元可以有效地模拟空间梁柱单元在轴力和弯矩共同作用下的响应.就多弹簧梁柱单元的塑性区长度系数、内力提取截面位置、单元p-delta效应计算以及单元杆端曲率的计算进行了探讨.在讨论的基础上,通过对比计算结果与有限元分析结果以及试验结果,验证了本文论述的可靠性.     

钢结构模块化单元吊装受力性能分析

利用有限元分析软件,选取2种典型的钢结构模块单元进行吊装数值模拟,分析吊点位置的变化对模块单元的变形和应变能的影响,确定典型钢结构模块化单元的吊点位置;根据模块化单元在吊装过程中的传力路径,确定模块化单元吊装计算简图,结合力学分析,提出了确定模块化单元吊点位置的理论计算方法。研究表明:吊点位置的不同对模块化单元的应变和整体应变能影响较大,提出的吊点位置理论计算结果与数值模拟计算结果吻合较好,该方法可为制定合理的钢结构模块化单元吊装方案提供理论依据。     

支护结构中杆系有限元法计算的新模式

阐述了目前在支护结构中采用杆系有限单元法计算模式存在的问题 ,提出了杆系有限单元法计算的新模式 ,使其在理论上趋于完善 ,结构计算结果更符合实际。     

杆内时模型在钢杆单弯中的应用研究

探讨杆内时模型在钢杆单向弯曲问题中的适用性,将计算结果与通用软件计算结果进行对比。分别对采用一个杆内时单元和多个杆内时单元计算悬臂杆算例,结果表明,前者的数值计算不收敛,随着迭代精度的提高计算结果反而更偏离实际。将一个杆划分为多个杆单元进行计算,当选取足够的迭代精度时计算结果可靠,可适用于工程中常用的截面型式。依据大量算例给出使用该模型时应采取的单元个数和迭代精度。     

基坑工程钢支撑系统的横向承载能力分析

本文以某工程事故为背景，根据薄壁杆件结构理论，以杆系结构非线性有限单元法和子空间迭代法等数值方法为计算内核，编制了工程应用软件。并采用软件对基坑工程中的钢支撑系统的横向承载能力进行了分析研究，对基坑支护工程的钢支撑系统的设计施工有一定的参考价值。     

钢筋混凝土空间杆系结构的非线性计算

本文依据有限位移的增量理论，结合等参元的概念，引入钢筋混凝土的弹塑性强化材料计算模型，推导建立了用于空间杆系结构非线性计算的多结点空间等参杆单元。这一单元比一般杆单元能更好的处理空间曲杆。在考虑单元弹塑性非线性时，采用了以单元内积分点的弹塑性状态，综合描述单元的弹塑性状态的方法。比较计算表明，本文提出的多结点等参杆单元是一种合理、有效地计算模式。结合文中提出的单元弹塑性计算模型，能够解决空间杆系结     

高层建筑框架、框-剪结构分析的传递矩阵法

本文介绍的传递矩阵法以单根竖杆为计算单元,楼层为循环单元,杆底端的内力和变形为未知量.用逐层传递的方式,反映了结构刚度、几何约束以及荷载等沿高度不连续的变化。用它分析高层建筑框架和框-剪结构,建筑层数增加只是增加计算过程中的传递次数,未知量数始终保持不变。从而提高了计算机的分析能力。     

框架剪力墙结构多域组合问题虚边界元求解

虚边界元法作为一种较新的数值计算方法,具有数据准备少,计算精度高等特点,并且克服了边界元直接法中的奇异积分问题.较早期的虚边界元研究工作大多体现于单域问题上;之后,虚边界元法处理多域问题的思想已逐渐研究成熟,且可望得到更广泛的工程应用.将多域组合问题虚边界元法的思想应用于框架剪力墙结构,并结合若干工程实例进行了讨论.从数值算例的计算结果可知,虚边界元法的计算精度、计算效率及其数值稳定性均较好;尤其是相对有限元法,在同等计算精度的前提下其计算自由度大大地减少,且初始数据准备相对简单.     

无网格法计算中一种新的积分点搜索算法

 无网格法计算中常采用背景网格积分法进行数值积分,需判断积分点与分析域的关系,当工程问题域边界较复杂时,虽可采用常用的射线法判断积分点与分析域的关系,但当分析域边界线段处于同一直线时,算法的复杂性大大增加,使其效率不高。为此,提出采用矩阵法判断积分点与分析域的关系,在此基础上,为加快搜索速度,提出并建立一种新的数据结构——稀疏矩阵,该矩阵中的元素记录各节点的信息,包括节点与其相邻节点的距离、节点编号和节点影响域尺寸等,通过稀疏矩阵可快速计算矩阵的行列式,从而给出一种积分点搜索速度更快的算法。算例表明,该算法大大加快积分点的搜索速度,提高无网格法的计算效率。     

基于OpenSees的轻度锈蚀混凝土框架结构建模理论

受试验条件及试验周期的影响,基于有限元软件OpenSees平台对相关学科问题运用数值方法进行研究不失为一种可行的研究手段。在权衡计算成本和计算精度后,重点探讨混凝土构件力学性能在纤维层面上的描述方法,选用基于有限元柔度法理论(力或位移插值型函数)和纤维模型法建立起来的非线性梁-柱单元作为有限元分析的基本单元,通过引入零长度单元实现对内嵌纵筋与混凝土间黏结滑移的数值体现,并利用OpenSees面向对象编程和源码开放的特点,植入自定义材料以考虑在役混凝土结构诸类材料的时变特性,建立基于OpenSees的轻度锈蚀混凝土框架结构数值建模理论,并取得了理想的可靠性验证结果。     

岩体p型自适应块体单元法研究

初步研究了岩体p型自适应块体单元法的基本理论和数值实现方法,以解决块体单元法中计算精度的控制问题。根据当前的块体单元法数值解,利用广义刚度矩阵的阶谱特性,估计各更高阶广义节点形函数的引入对提高计算精度所起的作用;然后引入作用较大的高阶广义节点形函数,扩充广义刚度矩阵,并求解新的整体平衡方程,得到更高精度的数值解。经过几次自适应升阶,即可得到满足精度要求的计算结果。通过算例分析,验证了所提方法的准确性和高效性。     

装配式方钢管柱座节点水平受弯承载力简化设计方法

基于装配式建筑采用的方钢管钢柱与板块连接节点即柱座节点的重要性,针对现有钢柱与钢梁连接采用的法兰板连接方式,与原有梁柱端板连接和方钢管法兰连接的不同,研究方钢管柱座节点的水平受弯承载力,并得到其简化设计方法。利用ABAQUS软件建立该节点的数值模型,得到装配式方钢管柱座节点上柱法兰板屈服线形状分布,并根据塑性铰线法得到装配式方钢管柱座节点水平受弯承载力简化设计公式,该公式计算结果与有限元分析结果吻合较好,可应用于实际工程,为装配式柱座节点的工程应用提供参考。     

考虑桩-土相互作用效应的桩基结构地震响应数值分析

考虑桩-土相互作用效应，建立了桩基结构地震响应分析的有限元计算模型，并在时域上进行了整体有限元数值计算。为便于进行对比分析，简要阐述了桩-士-结构地震响应分析的子结构方法。进而针对工程实例，分别采用整体有限元数值计算方法和子结构分析方法，对桩-土-结构体系的地震响应进行了对比计算和分析。研究表明，两种方法所得计算结果是基本一致的，从而，为桩基结构的抗震分析与工程设计提供了参考依据。     

钢筋混凝土梁式桥承载能力的有限元简化算法

常规钢筋混凝土有限元分析中,由于结构非线性的存在,计算收敛困难、计算时间过长。通过平截面计算假定,引入单元节点自由度的约束方程,提出了承载能力有限元计算的简化方法。通过与试验资料及常规有限元方法的对比,验证了简化计算方法的适用性和可靠性。最后,以实例介绍了该方法在桥梁评估中的应用。     

弯桥在局部损伤下的位移影响线分析

弯桥较直梁桥具有更复杂的变形以及受力特性,而针对其局部损伤识别的研究相对较少。位移影响线可以反映某一点的位移变化规律,在实际工程中可以直接测得。以弯桥位移影响线公式为依据,用梁格法建立了以某曲线匝道桥为工程背景的有限元模型,用数值方法分析了不同位置、不同程度损伤与竖向位移测量值之间的关系。结果表明,弯桥在局部损伤下的竖向位移影响线二阶导数可以识别局部损伤的位置与程度,可试用于实际工程。     

边坡虹吸排水数值模拟方法及应用

边坡虹吸排水是处于探索应用阶段的新技术。基于广义达西定律与渗流场分析的基本原理,将“以管代孔”法与解析单元法相结合,提出针对虹吸排水系统的数值模拟方法。按照流量和水头等价的原则,给排水孔赋予等效的渗透系数,并根据虹吸排水原理确定其内水头边界条件,以此模拟虹吸排水过程。建立边坡三维渗流有限元计算模型,以单个排水孔为例,计算虹吸排水作用前、后坡体内地下水位线与渗流场分布的变化,揭示了虹吸排水对边坡地下水渗流场的影响规律。在排水孔径和孔长恒定的条件下,模拟了排水孔位置变化对排水效果的影响,结果表明边坡虹吸孔位选择对排水效果有重要影响。     

渗流问题的弱形式求积元分析

对于渗流问题的研究在很多领域有着广泛的应用,工程中通常采用有限元法对其进行数值求解,这往往需要耗费较大的计算资源从而限制了其计算规模。弱形式求积元法是一种简单和高效的数值方法,该方法基于问题弱形式描述,可对全域进行高阶近似,具有较快的收敛性,在结构分析领域已有广泛的应用。将弱形式求积元法应用于渗流问题的求解,分析了二维及三维渗流问题,包括承压渗流和无压渗流;对于无压渗流,采用变网格方法,使用积分点位置的多项式插值来近似表示自由面。求解了数值算例并得到了与解析解或者文献解一致的结果。结果表明:与有限元法相比,弱形式求积元法使用较少的自由度就可以得到收敛的结果,显示了弱形式求积元法在渗流分析中的有效性。