土-结构相互作用中梁单元与实体单元的连接与选择

在土-结构相互作用数值模拟中,常用梁单元模拟上部结构,用实体单元模拟下部土体,由于两种单元节点自由度不同,需要对连接处进行合适地处理。首先介绍了在ANSYS中利用刚性区法和MPC法实现单元之间刚接的方法,并通过不同悬臂梁模型的静力和动力分析比较,发现两种方法精度基本相同,但MPC法计算效率略高且适用于大变形,利用梁单元建模能够有效地提高计算效率。然后,又分别采用梁单元和实体单元模拟桩基础并建立了两个六层框架模型,进行了地震波作用下的动力反应分析,经比较,再次验证了用梁单元模拟桩基础更加简易,不仅计算精度高,且计算效率高于用实体单元建立桩基础。从而为土-结构相互作用分析中桩基础的单元选择提供另一种思路。     

剪切梁式传感器结构的初步分析

本文用有限单元法对剪切梁式传感器的应力状态、变形状态进行了初步分析。得出了盲孔底部的剪应力分布;盲孔底部的最大剪应力的等剪应力区;盲孔庙部的主应力和主应力倾角分布。根据计算分析,提出了传感器较合理的结构形式及电阻应变片的粘贴部位与方向。     

新型六维腕力传感器

设计了一种新型六维腕力传感器采用有限单元法对六维腕力传感器的十字梁弹性体进行结构静力学分析,论述了该机械结构的合理性,确定了应变片黏贴的最佳位置,通过合理的应变片电桥的组桥将各维力/力矩信号转化为电压输出设计放大电路对六维电压信号进行放大,最后通过试验标定装置对此六维腕力传感器进行标定.     

计及纵横变形效应的几何非线性三次样条梁单元

为准确分析杆系结构大位移、大转动、小应变问题,提出了一种基于更新拉格朗日格式和随动坐标法的三次样条Bernoulli-Euler梁单元。利用三次样条函数构建变形场,并通过静力凝聚法消除其曲率自由度,得到计及二阶效应的梁单元切线刚度阵。考虑了弯曲变形引起轴向长度变化的非线性,推导了计入弓形效应的附加刚度,并修正了梁单元切线刚度阵。结合随动坐标法,在变形后位形上建立简支梁式的单元随动坐标系,得到了三次样条梁单元的大位移全量平衡方程。通过对几个典型算例的分析验证了本文方法的正确性和有效性。     

梁杆结构稳定性分析的高精度Euler-Bernoulli梁单元

目的推导一种新型Euler—Bernoulli梁单元，克服传统两结点梁单元在梁杆结构稳定性分析中存在的计算精度较低的问题．方法以Euler—Bernoulli梁理论和有限元插值理论为基础，首先使用五次Hermite插值函数和二次Lagrange插值函数构造了三结点Euler—Bernoulli梁单元的横向和纵向位移场；进而依据非线性有限元理论推导了该三结点梁单元的几何刚度矩阵的单元切线刚度矩阵；最后使用静力凝聚方法消除该三结点梁单元的内部结点自由度．结果通过上述推导得到了一种新型的两结点梁单元．它和传统的两结点梁单元具有相同的自由度数量和分布．结论对梁杆结构稳定性分析中的几个典型算例进行了分析，证明此新型梁单元与传统两结点梁单元相比计算精度有了大幅度地提高．     

起重机箱形伸缩臂稳定性分析的精确理论解

运用二阶理论建立的梁－柱平衡方法导出平面梁单元刚度矩阵;在小变形条件下,该刚度阵精确地包含了梁单元的线性刚度阵和肉体刚度阵。由结构刚度矩阵行列式值为零的失稳条件导出结构失稳特征方程,从而精确地确定系统临界力值。本文以起重机箱形伸缩吊臂为例,对多节变截面阶梯柱的稳定性进行分析,给出任意阶起重机箱形伸缩壁临界力求解的精确递推公式。     

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。     

薄壁杆结构弯扭耦合振动有限元分析

本文综合考虑梁的弯曲剪切变形和薄壁杆的约束扭转剪切变形，求得薄壁杆的弯曲振动和扭转振动为耦合振动，并导出了薄壁杆结构弯扭耦合振动有限元分析的单元刚度矩阵和单元质量矩阵，比较了三种理论有限元分析的数值解。结果表明，Timoshenko梁理论和薄壁梁理论是本文结果的特殊情况。     

基于静力虚拟变形法的桥梁结构损伤识别研究

静力虚拟变形法(VDM)在结构损伤识别中计算效率高、识别结果精确,但是其损伤识别应用范围仍局限于平面桁架及桥梁吊杆。拓展了静力VDM在结构损伤识别中的应用范围,并将其用于桥梁结构梁单元的损伤识别。首先,介绍了已有的静力VDM在平面桁架结构中的损伤识别理论;其次,引入了应变转换矩阵,将静力VDM损伤识别理论的应用范围从桁架结构拓展至三维梁单元,并以连续梁有限元模型进行了验证;最后,用静力VDM对某实际桥梁结构梁单元的损伤进行识别,并以现场观测的方法对损伤识别结果进行了初步验证。结果表明静力VDM能够有效地对桥梁结构梁单元进行损伤识别。     

梁系结构二阶分析的单元模型

以梁单元平衡微分方程为基础,推导了考虑剪切变形影响的空间梁单元位移插值函数,用于模拟结构中无轴力的杆件.利用Maclaurin级数统一了空间梁柱单元在拉、压两种情况下的不同位移插值函数,与稳定函数表示的位移插值函数等价,用于模拟结构中有轴力的杆件.推导了包含轴向变形、剪切变形、双向弯曲、扭转及其耦合效应的二阶单元切线刚度矩阵.从计算精度与总体刚度矩阵的正定性两方面考虑确定了位移插值函数中级数的展开项数.对承受不同轴压力的悬臂梁梁端位移进行计算,表明所提出的单元模型可以很好地体现二阶效应的影响.利用不同单元模型对单层柱面网壳进行对比分析,表明所提出的梁系结构二阶分析单元模型具有较高的计算精度与效率,可以很好地反映单层柱面网壳的几何非线性.     

已服役20年的预应力混凝土空心板梁单元静力承载力试验研究

通过对一根已服役20年的预应力混凝土空心板梁单元静力承载力试验室试验,研究该梁单元在不同荷载工况作用下各个截面的挠度情况和混凝土应变,获得该梁单元的静力承载力情况;同时利用有限元分析软件ANSYS建立预应力混凝上空心板梁单元的有限元模型,分析在不同荷载工况作用下梁截面的挠度和混凝土应变,试验分析结果和理论计算结果进行对比分析,以此进行已服役20年结构的耐久性能评估并对结构整体性能进行评定.     

纯弯曲理想弹塑性模型梁大变形的优化算法

目的研究纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁大变形问题.方法以受弯曲力偶作用的纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁变形后的平衡状态为研究对象，应力-应变关系采用理想弹塑性模型；再将其分为若干微段，通过整体坐标的递推关系式求得微段端点坐标，构建微段端点未知坐标的目标函数；最后确定纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁大变形的最优化问题，并编制相应优化程序进行求解.结果将本文优化算法用于分析典型算例，并同有限元方法的计算结果相比较，说明提出的优化算法的正确性和有效性.结论本文优化算法为纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁的非线性分析增加了一种新的处理方法，由于其是在变形后的位置上建立平衡方程，因此，适合于非线性分析，具有广阔的应用前景.     

某水泥厂窑房钢筋混凝土梁的静载荷试验研究

某水泥厂窑房钢筋混凝土梁的静载荷试验分七级进行，共加荷近0．14Mkg，是一次大型的现场静载荷试验。试验中在梁身布置了应变片百分表。分别测得了各级荷载作用下的应变与挠度，并用读数显微镜观测了梁身的裂缝开展。实测与计算表明：实测的应变与挠度均小于理论计算以及规范要求，故可认为被检测的钢筋混凝土梁能满足设计与使用要求。     

加筋箱形结构弯曲变形的有限差分法分析

本文介绍的是利用有限差分法求解箱形结构的挠度。箱形结构是梁与板的组合结构,工程上经常遇到。首先,我们分别建立板与梁的差分方程,再根据梁的挠度与板的挠度一致,写出箱体的系数矩阵,编程计算求出相应点的挠度。     

密炼机转子的刚度计算

介绍了变截面梁变形计算的初参数法，运用该方法求密炼机转子的变形，并得到了精确的解。     

边界元与梁的挠度解析式耦合分析弹性支承板

利用边界元法与梁的挠度解析式耦合，分析边界（或内部）有梁文承的弹性支承板．首先对于薄板采用边界元法建立基本方程，而对于支承梁，则根据梁端的支座条件，采用相应的位移解析表达式．然后，根据板与支承梁之间的平衡和协调条件加以耦合，得到耦合方程．由耦合方程可解出未知参数，从而可进一步求解板或支承梁内任意点的位移和内力．     

基于应变计的梁式桥位移响应测试方法

首先利用梁式桥位移、应变与挠曲曲率的力学关系,建立了由实测应变计算桥梁位移的数学模型。再利用广义最小二乘原理实现模型的求解,最终形成利用应变计算的梁式桥位移响应测试方法。最后通过数值算例验证了所提出方法的可行性和准确性,其精度可以满足工程应用的要求。本方法无需任何位移测量仪器,只利用已有的应变数据便能实时地分析出桥梁位移。     

在静载的长期作用下钢筋混凝土梁的挠度计算

钢筋混凝土梁在静载的长期作用下，由于混凝土徐变和收缩的影响，刚度随时间降低，而变形则随时间增大．因此，挠度的计算是比较复杂的．瞬时曲率曲线计算挠度的方法，采用了构件尺寸的变化和荷载的持续时间，混凝土的配合比，周围环境的温度、湿度，随时间的增长混凝土弹性模量的降低，梁的无裂缝区段和有裂缝区段的有效刚度等相应的研究参数，更接近试验梁的实际受力状态．对照挠度计算和试验实测的结果证明，采用瞬时曲率曲线的挠度计算方法比较简捷，并能达到适当的精度．     

冰堵位置检测传感器的优化设计

为了提高管线有效应变信号的输出,对传感器的卡具结构进行了优化设计,新结构在圆筒上方开口并加上一个n形框架,再把应变片两两分别贴在该框架梁的上下表面进行检测。对该结构进行理论推导并应用有限元方法进行应变分析。结果可以看出,新的外形设计使传感器有效应变信号增大,提高了传感器的精度。在此基础上,应用C语言程序对新卡具结构的参数进行了分析,画出了应变与参数的关系曲线,并提出了较好的结构设计建议。     

界面滑移效应下钢-混凝土组合梁总剪力和挠度

推导了钢-混凝土组合梁挠度和界面连接件承受抗滑移总剪力的计算公式。应用本公式计算结果与文[1]按Goodman理论和文[2]按折减刚度法计算组合梁的挠度值很吻合。计算帽形冷弯薄壁型钢-混凝土组合梁的挠度时,由于帽形冷弯薄壁型钢受拉,其凹槽中的混凝土随受拉开裂退出工作,应用本文公式计算此类型钢-混凝土组合梁的挠度,挠度公式中惯性矩只须不计帽形型钢凹槽中受拉开裂的混凝土,这样计算的挠度与[3]文试验帽形冷弯薄壁型钢-混凝土组合梁的实测挠度值很吻合,说明本文计算钢-混凝土组合梁挠度和连接件承受总剪力的公式准确可靠。