框─剪体系无连续化假定的简化算法

本文不用连续化假定对任意层高且受任意水平力的框剪体系进行分析，而以Ｂ样条函数结合配点法直接求解框剪间有限个作用力与力矩，导出的递推公式对任意水平荷载可直接应用。经算例并与他法比较表明，本法结果是可信的，且比用连续化假定的方法误差要小。     

常规混凝土框剪结构连续倒塌动力响应分析

多高层办公建筑主要采用混凝土框剪结构，其在局部结构构件失效下的整体结构连续倒塌可能引发严重的经济损失和社会影响。该文针对常规结构布置的典型框剪结构开展了动力连续倒塌分析，总结其规律为结构毁伤下的连续倒塌快速评估提供依据。主要工作包括：按照不同抗震设防烈度、跨度、层数设计了18个典型结构布置的框剪结构，并采用纤维梁单元和分层壳单元建立了整体结构的数值模型库；采用非线性动力拆除构件法对整体结构开展了计算分析，获得结构系统在局部构件失效下的动力响应；对比分析不同结构的连续倒塌动力响应，研究不同参数对连续倒塌后果的影响。     

采用修正的高次平面应力单元分析多边形截面框筒结构

本文讨论截面为任意多边形的框筒结构在横向荷载下的简化计算。分析中采用框筒连续化的计算假定,将框筒结构简化为等效的棱柱壳。应用修正的八结点高次平面应力矩形单元分析棱柱壳的应力。同时考虑了框筒结构的空间整体作用,保证了等效棱柱壳在相邻边界上的位移协调。算例表明,本方法能有效地描述框筒结构的“剪力滞后”效应,并具有计算量较少、精度较高和适用性较广的优点。     

部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构的地震扭转反应分析

通过大量算例分析,揭示了部分柱顶滑移框剪结构因偶然偏心引发的地震扭转效应,以及结构周期比和长宽比对该效应的影响规律,并与常规框剪结构进行了对比,提出了相应的设计建议。研究表明:(1)考虑偶然偏心时,部分柱顶滑移框剪结构的弹性扭转反应略小于常规框剪结构,且结构周期比和长宽比对前者的影响规律与后者几乎相同;(2)随着结构周期比的增加,大震作用下部分柱顶滑移框剪结构的顶层最大水平位移增大幅度总体呈现出上升的趋势,但多数情况下小于常规框剪结构,且上升幅度相比小震时减小;(3)随着结构长宽比的增加,大震作用下部分柱顶滑移框剪结构的顶层最大水平位移增大幅度总体呈现出而先增后降的趋势,且当长宽比在1~2之间变化时上升明显。     

变刚度框—剪结构的自振特性分析

本文将多阶变刚度框－剪结构分段连续化，在考虑了楼板处的集中质量和楼板时间墙体分布质量后，用传递矩阵法导出结构的频率方程，进而求出了结构的产胆三阶自振频率，本文提出了方法思路清楚，计算方便，精度较高，适用性强，还可以考虑基础变形的影响。     

一种两步相移任意步距相位轮廓测量技术研究

对传统相移轮廓测量技术进行研究,提出基于Gram-Schmidt正交化法的两步相移任意步距相位轮廓测量技术并应用到三维轮廓测量中。由CCD采集两幅投影光栅图,且两幅图像之间的相移值不需要事先给定,可以随机取任意值;在保证精度的前提下,该技术只需两幅变形光栅图,同时无需对相移器的相移精度作要求。实验表明:与现有的几种相移轮廓术比较,提出的两步相移任意步距相位轮廓测量技术可以快速地恢复待测相位,且获取待测物体的三维数据精度较高,具有较强的适用性。     

任意壳线性弯曲与自由振动分析的最小二乘无网格法

提出了一种求解任意壳结构线性弯曲与自由振动的最小二乘无网格法。利用映射技术并结合Mindlin板壳理论将三维任意壳参数化曲面转换成二维无网格模型。基于移动最小二乘法近似和一阶剪切变形理论求出其位移场,利用最小势能原理及Hamilton原理分别得到其弯曲及自由振动控制方程。由于该方法不能直接施加本质边界条件,故采用完全转换方法引入本质边界条件。文末以几种典型的不同形状壳结构算例表明,该研究的解与理论解或ABAQUS有限元解吻合良好,证明了该方法在计算任意壳的线性弯曲与自由振动的有效性及准确性。     

任意壳线性弯曲与自由振动分析的最小二乘无网格法EI北大核心CSCD

提出了一种求解任意壳结构线性弯曲与自由振动的最小二乘无网格法。利用映射技术并结合Mindlin板壳理论将三维任意壳参数化曲面转换成二维无网格模型。基于移动最小二乘法近似和一阶剪切变形理论求出其位移场,利用最小势能原理及Hamilton原理分别得到其弯曲及自由振动控制方程。由于该方法不能直接施加本质边界条件,故采用完全转换方法引入本质边界条件。文末以几种典型的不同形状壳结构算例表明,该研究的解与理论解或ABAQUS有限元解吻合良好,证明了该方法在计算任意壳的线性弯曲与自由振动的有效性及准确性。     

多排任意排列的弹性桩屏障对平面P波或SV波多重散射

提出可计算任意排列、任意圆截面多排弹性桩屏障对平面P波或SV波的多重散射理论方法,可弥补单重散射假定只在散射体截面尺寸相对入射波长可忽略情况下成立的不足,并考虑桩与桩间互相干涉现象。散射过程定义任意一弹性桩对入射P波或SV波的散射为第一重,第二重散射可将第一重散射波作为次生波源,继而对所有散射体皆遵循此过程;每一重散射均在桩土边界满足应力及位移连续条件,从而获得前一重与后一重散射的波函数迭代关系;总散射波场可由所有散射体各重散射叠加获得。数值计算考查相同截面多排桩屏障的散射重数、桩距、排距、桩土模量比等参数对屏障隔离效果影响。该方法可作为实际工程隔振设计理论参考依据。     

广义康托洛维奇法解任意四边形板的弯曲问题

本文从变分原理和双线性坐标变换出发,采用基于三次B样条函数的广义康托洛维奇法得到了带有各种边界条件任意四边形板弯曲的近似解答。样条函数广义康托洛维奇法是一种数值型的康托洛维奇法,因而它既能化二维问题为一维同题,同时又具有样条函数法收敛快、精度高、处理边界条件方便等优点。推导出的计算格式适用于各种边界条件,使梯形板、平行四边形板和矩形板的弯曲问题为本文的特殊情况。本文方法与通常有限元法相比,具有计算量小、精度高等显著特点,且通用性强,是一种很有前途的计算方法。     

变截面框架-剪力墙-薄壁筒斜交结构考虑楼板变形时的计算

本文用沿高度方向分段连续化的方法,对沿高度方向为阶形变截面,在平面内布置复杂、需要部分考虑楼板变形的框架剪力墙薄壁筒结构,建立了在水平荷载作用下的弯扭耦连方程组。通过常微分方程求解器求解其位移和内力。为复杂结构提供了一种可供设计用的简化算法。     

IMPLEMENTATION OF THE BOUNDARY ELEMENT METHOD IN THE DYNAMICS OF FLEXIBLE BODIES

This paper presents the implementation of the Boundary Element Method in the dynamics of flexible multibody systems. Kane's equations are used to formulate the governing boundary initial value problem for an arbitrary three-dimensional elastic body subjected to large overall base motion. Using continuum mechanics principles, direct boundary element incremental formulations are derived. The Galerkin approach was employed to generate the weighted residual statement which serves as a transitory point between continuum mechanics and boundary integral equations. By adapting the updated Langrangian formulation for large displacements analysis and using the Maxwell–Betti reciprocal theorem, integral representations for geometric stiffening were also derived. The non-linear terms were found to be functions of the time-variant stresses associated with the inertial forces at the reference configuration. The domain integrals arising from body forces (such as gravitational loads, inertia loads and thermal loads, etc.) are presented as DRM integrals (Dual-Reciprocity Method). Using the substructuring technique the elastic body is divided into several regions leading to a system of equations whose matrices are sparse (block-banded). The linearized equations of motion were discretized along the boundary of the body, and an algorithm for the integration involving the Houbolt method was used to establish an algebraic system of pseudo-static equilibrium equations. A Newton–Raphson-type iteration scheme was used to solve these discretized balance equations. To take advantage of the sparsity of the matrices, special routines were used to decompose and solve the resulting linear system of equations. An illustrative example is presented to demonstrate the validity of the method as well as how the effects of geometric stiffening effects are captured. The example consists of spin-up manoeuvre of a tapered beam attached to a moving base. The beam was modelled as two-dimensional plane strain problem divided into a number of substructures. Numerical simulation results show how the phenomenon of dynamic stiffening is captured by the present approach.     

复合材料多墙式结构非线性稳定性分析

多墙式结构是用整体的蒙皮腹板结构替代传统的蒙皮加筋结构。它可以降低翼面高度,减轻重量,提高结构效率。当前特别需要一种关于复合材料多墙结构的分析计算方法。本文作者在层合板非线性稳定理论的基础上,针对多墙结构这一具体结构形式,采用刚度等效方法,建立了相应的本构方程和非线性稳定性控制方程组,并对其进行数值求解,得到各种边界条件下和面内载荷下的总体和局部失稳临界载荷。通过分析验证,计算结果可以很好地满足工程精度要求。      

高强混凝土框架柱的恢复力模型研究

根据108根高强混凝土框架柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果,分析和回归出试验柱的骨架曲线强化段水平投影长度、最大荷载与屈服荷载的比值和各刚度与剪跨比、轴压比、配箍特征值及总横截面面积与核心混凝土面积比值之间的关系。根据高强混凝土框架柱屈服时截面平衡条件推导出的屈服柱顶水平荷载和水平位移、按《混凝土结构设计规范》计算出的柱顶峰值水平荷载及有关试验回归公式确定出高强混凝土框架柱恢复力模型的骨架曲线及滞回曲线。研究表明:试验骨架曲线强化段在水平投影长度和屈服位移的比值与配箍特征值成正比,与轴压比、剪跨比和总横截面面积与核心混凝土面积比值成反比;试件的弹性刚度、强化刚度及退化刚度与轴压比和总横截面面积与核心混凝土面积比值成正比,与配箍特征值和剪跨比成反比;建议的恢复力模型考虑了多种影响因素,与试验结果相接近,且便于工程应用。     

模糊参数平面连续体结构的拓扑优化设计

研究了具有模糊参数的连续体结构在模糊载荷作用下的拓扑优化设计问题。利用信息熵将模糊变量转换为随机变量,构建了随机载荷作用下的随机参数的连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元应力可靠性为约束条件,利用分布函数法对应力可靠性约束进行了等价显式化处理。基于随机因子法,利用代数综合法导出了应力响应的数字特征的计算表达式。采用双方向渐进结构优化(BESO)方法求解。通过两个算例验证了该文模型及求解方法的合理性和有效性。     

点载静力梁函数在求解矩形薄板自振特性中的应用

本文选择一组点载静力梁函数作为基函数，应用李兹法近似求解矩形薄板的自振特性，计算了多种边界条件下各种长宽比的矩形薄板的自振频率，与其它方法相比，本文方法具有很好的精度和收敛性，且计算非常简单直接。     

考虑附加抗力影响的单桩水平受力分析方法

单桩基础受水平荷载作用时,桩身截面转动引起的竖向摩阻力形成土对桩的附加抗力矩,同时桩端土对桩也有一定的附加抗力效应。为了研究桩身和桩端附加抗力对单桩水平承载特性的影响,该文基于API规范推荐的砂土摩阻力模型,结合桩身径向土压力引起的极限摩阻力增强效应,推导出砂土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解;采用API规范推荐的黏性土摩阻力模型,推导出黏性土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解。基于双曲线桩端竖向应力-位移模型,在考虑桩端桩-土界面脱开效应的基础上,得到了桩端抗力矩的离散数值解和简化公式解,桩端水平剪力的离散数值解;进而提出基于Winkler地基梁模型的有限元计算方法,并编制了程序。通过对比试验数据,初步验证了该文方法的正确性,进行了水平承载力的参数分析,结果表明:随着长径比的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比逐渐减小;而随着桩直径的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比并未显著变化。     

失效测点影响下极地船舶结构冰载荷的有效识别方法

冰载荷是极地船舶在冰区航行时受到的一种极端环境载荷,而对船体结构的现场监测是研究冰载荷的重要途径。一般通过在船体结构上安装应变传感器直接测量冰载荷引起的应变响应;采用影响系数矩阵法根据应变响应反演识别冰载荷。然而当应变传感器无法正常工作时,识别结果的准确性将难以得到保障。通过对典型极地船舶舷侧板架结构的有限元分析,研究了测点失效对识别结果的影响。基于对“天恩号”多用途冰级船实测应变数据以及典型极地船舶舷侧板架结构有限元应变数据的深入分析,确定了测点应变的空间分布规律,并进一步提出了失效测点影响下基于最小二乘拟合的冰载荷识别方法。在此基础上,较为准确地识别出7种典型工况下的冰载荷,大幅降低了识别误差,最终验证了该方法的有效性。     

ALE方法在沉箱码头地震液化分析的应用

沉箱码头作为一种常用的结构形式,在地震荷载作用下由于地基液化可能发生沉降、倾斜等灾害形式。在强震作用下,传统有限元方法可能由于液化大变形导致网格畸变而不能正确反映沉箱码头的地震响应。基于算子分裂技术,该文发展了一种适用于饱和砂土液化大变形分析的ALE有限元方法并将其用于两种地基处理形式的沉箱码头在三种地震荷载作用下的地震液化分析。结果表明:强震作用下,ALE方法能够提供精度可靠的沉箱码头地震响应并保证整体的网格质量;沉箱的残余位移与地震荷载峰值近似呈线性关系,且对低频地震荷载较为敏感;在置换区和回填区存在高孔压连通区,可能会加大沉箱码头的残余位移,可考虑设置阻断置换区和回填区孔压转移的措施。