一阶剪切理论下功能梯度梁与均匀梁静态解之间的相似关系

基于一阶剪切理论,研究了功能梯度材料Timoshenko 梁的静态弯曲解与对应的均匀材料梁的解的线性转换关系。通过比较功能梯度材料梁和均匀材料梁的无量纲控制方程,发现了它们弯曲解的线性相关性。在给定材料弹性模量沿横向非均匀变化规律后,可将功能梯度材料Timoshenko 梁在静载荷作用下的弯曲变形解用相同尺寸、相同载荷以及相同边界条件下的均匀材料Timoshenko 梁的弯曲变形解线性表示。这样,可将非均匀Timoshenko 梁弯曲问题的求解转化为对应的均匀材料Timoshenko 梁弯曲问题的求解和转换系数的计算,从而使得求解过程得以简化。     

解析型弹性地基Timoshenko梁单元

采用双参数弹性地基模型和Timoshenko深梁模型,建立了弹性地基一般梁挠度控制方程,求解得到了挠度方程解析通解,构建了双参数弹性地基深梁的挠度、截面弯曲转角及剪切角的解析位移形函数。建立了梁模型、梁基模型等两种势能泛函,利用最小势能原理,构造了两个双参数弹性地基深梁单元,给出了单元列式。分析表明：梁模型单元在均布荷载作用下误差为0.221%,非均布荷载作用下误差为0;梁基模型单元在均布荷载作用下误差为0,在两端集中力作用下误差为6.597%,在跨中集中力作用下误差为102.716%;同时,该文提出的双参数Timoshenko梁模型单元不存在剪切闭锁的问题。     

增强型Reddy层合梁理论与热应力分析

为推广Reddy理论准确分析复合材料层合/夹层结构的热变形和应力, 通过使用横法向热变形和自由表面条件, 发展了增强型Reddy层合梁理论。虽然考虑了横法向应变, 增强型Reddy理论位移变量数与Reddy理论相同。用虚功原理推导了复合材料层合梁平衡方程, 并分析了简支复合材料层合/夹层梁热膨胀问题。数值结果表明, 增强型Reddy理论能准确分析复合材料层合/夹层结构热膨胀问题, 而Reddy理论分析热膨胀问题误差较大。     

基于Timoshenko梁理论的薄壁梁弯扭耦合分析

该文主要以截面形心与剪切中心不重合的等截面空间薄壁梁为研究对象。以Timoshenko梁理论和薄壁杆件理论为基础,考虑横向剪切变形以及横向剪力和二次剪应力所产生的翘曲,将转角位移和翘曲位移采取独立插值,利用虚功原理推导出薄壁截面空间梁元的弯扭耦合刚度矩阵。算例表明:所建立的模型具有很好的精度,满足工程应用;当截面有非对称轴时,计算须考虑弯扭耦合的影响。     

基于Timoshenko梁理论的钢-混组合梁动力刚度矩阵法

基于Timoshenko梁理论提出了适用于分析钢-混组合梁自振特性的动力刚度矩阵法,该计算模型中考虑了钢-混结合面剪切滑移、剪切变形和转动惯量的综合影响。动力刚度矩阵推导过程中未引入近似位移场或力场,因此,计算结果是准确的。与其他Timoshenko梁模型最大的不同是假设混凝土子梁和钢梁分别具有独立的剪切角,这个假设更加符合组合梁的实际运动,因此,计算结果更加准确。与已发表文章中的试验梁频率计算结果作对比分析;并讨论了不同剪力键刚度、跨高比时,剪切变形和转动惯量对钢-混组合梁自振频率的影响。结果表明:相对于已有的Euler-Bernoulli组合梁、子梁转角相同假设的Timoshenko组合梁模型,文中计算方法具有更高的计算精度,尤其是对于高阶频率;频率越高、剪力键刚度越大或跨高比越小,Euler-Bernoulli组合梁模型计算结果误差越大;对于1阶、2阶和3阶频率,高跨比分别大于10、18和25后,Euler-Bernoulli组合梁模型计算结果误差小于5%。     

基于Timoshenko梁理论的微细立铣刀动力学建模

应用Timoshenko梁理论综合考虑了微细立铣刀特殊结构及其高转速工况引起的剪切效应和惯性效应,建立了微细立铣刀悬伸部分的动力学模型;分析了所建立的模型的收敛性问题,通过试验验证了模型的准确性,并与欧拉梁理论计算结果和有限元软件仿真结果比较,证明了模型的适用性;利用建立的微细立铣刀动力学模型,研究了微细立铣刀刀头直径、刀头部分长径比和刀颈半锥角等刀具结构参数对刀具固有频率的影响。模型可用于微细立铣刀的参数化设计和优化,改善其动力学特性。     

附加约束阻尼层的复合材料梁单元建模分析

复合材料空心圆截面梁是桁架和刚架结构中大量采用的常用构件，而实践证明约束阻尼层能有效改善复合材料空心圆截面梁的动力学特性，但传统的约束阻尼层结构有限元计算方法需要大量的单元，这给大型复杂结构的计算带来了巨大的困难。本文采用Timoshenko梁假定。建立了一类附加约束阻尼层复合材料空心圆截面梁弯曲的数学模型。应用Hamilton原理。采用三节点高次梁单元对构件进行离散化。建立了附加约束阻尼层复合材料空心圆截面梁的梁单元。同传统的锥壳单元相比，该方法极大地减少了计算时间。用实验验证了本文计算结果的正确性。同时也分析了约束层厚度对损耗因子的影响。     

空间桁架梁固有振动的能量变分解析解

目前人们对空间桁架梁的振动特性研究得较少,该文首先采用Timoshenko梁的连续化模型来模拟空间桁架梁,推导得到了空间桁架梁的等代抗弯刚度和等代抗剪刚度,并采用能量变分法对空间桁架梁的固有振动进行分析,给出空间桁架梁的竖向振动频率和振型的解析解。然后采用有限元软件ANSYS对几种不同算例进行模拟,通过模态分析得到空间桁架梁的频率与振型。将能量变分法求得的频率解析解与有限元分析求得的频率数值解进行对比,结果基本上是一致的,将两种方法得到的振型对比,结果吻合良好。该文所提出的能量变分解析解可供空间桁架梁的工程设计参考。     

屈曲粘弹性Timoshenko斜梁的混沌运动区域分析

由于各向同性粘弹性体剪应力-角应变的本构关系与应力-应变的本构关系相似，据此可以得到屈曲粘弹性Timoshenko斜梁在铅垂外扰力作用下的动力方程，采用Melnikov法及Galerkin原理研究了屈曲粘弹性Timoshenko斜梁的混沌运动，并讨论分析了倾斜角、剪切变形、长厚比、外阻尼与内阻尼比对屈曲粘弹性梁混沌运动区域的影响。     

变截面Euler-Bernoulli梁在轴力作用下固有振动的级数解

建立了截面特性、轴力和质量分布均连续变化的Euler-Bernoulli梁固有振动方程。采用Frobeniu方法求解方程,得到了方程的级数解析解;并计算了结构的振动频率与振型。算例证明了该方法的有效性,并表明轴向力的几何非线性效应对振动的低阶频率和自振振型有一定的影响,级数项数的取值对算法的收敛性有影响。     

集中载荷作用下饱和多孔Timoshenko简支梁的动力响应

基于饱和多孔弹性Timoshenko梁的动力数学模型,研究了梁中点承受突加载荷作用两端可渗透饱和多孔弹性Timoshenko简支梁的动力响应,得到了问题的解析解,给出了梁中点无量纲挠度、固相骨架弯矩和孔隙流体压力等效力偶等随无量纲时间的响应。考察了剪切和横截面转动惯性效应等对动力响应的影响,比较了饱和多孔Timoshenko、Shear、Rayleigh和Euler-Bernoulli梁的动力响应,结果表明：剪切效应使饱和多孔Timoshenko梁动力响应的幅值和周期增大,而横截面转动惯性仅增加梁动力响应的周期;固相骨架与孔隙流体的相互作用具有粘性效应,随着相互作用系数的增加,饱和多孔梁挠度和弯矩幅值减小,流体压力等效力偶幅值增大,且振幅衰减加快。同时,随着长细比的增加,饱和多孔Timoshenko梁的挠度幅值和周期逐渐减小,并最终趋于饱和多孔Euler-Bernoulli梁的挠度幅值和周期。     

爆炸荷载下RC梁系的解析分析

对梁系结构在爆炸荷载作用下的动力计算问题进行了研究,由于支承构件的变形性,梁系结构可归结为第二类的动支座问题。建立了梁系的动支座计算模型,推导并给出了梁系结构分别在弹性阶段和塑性阶段的动力计算公式,分析了影响梁系振动的主要因素和影响规律。研究表明:影响梁系结构振动的主要因素有两个,下部支承结构的基频ω0和无量纲参数ωθ,基频ω0和参数ωθ越大,上部构件的动力系数就越大。当ω0≥5ω时,下部构件对梁系振动的影响可忽略,认为上部构件是刚性支承。     

弹性地基上的4ENF试件柔度分析

基于Timoshenko梁理论,考虑了剪切变形和裂纹尖端变形的影响,建立了双参数弹性地基上的II型加载末端切口四点弯曲试件(4-point bending end-notched flexure specimen,简称4ENF)的柔度和能量释放率模型(BEF)。4ENF柔度与裂纹长度成正比,柔度变化率、能量释放率与裂纹长度无关,因而4ENFII型断裂实验无需测量裂纹的扩展长度,根据临界荷载便可求得临界能量释放率,从而大大简化了实验手段。对FRP-木4ENF试件II型加载情况下的BEF模型、Timoshenko梁理论模型和有限元结果比较证明:BEF模型的4ENF柔度在裂纹扩展的一定范围内与有限元吻合很好;而Timoshenko梁理论模型的柔度小于有限元结果,精度较差。该模型可用于复合材料界面断裂分析、确定断裂参数以及作为断裂试验数据分析的依据。     

钢-混凝土组合梁剪力滞效应弹性解析解

基于Gjelsvik组合梁滑移模型中引入描述组合梁翼板横向非均匀分布的纵向位移翘曲函数,建立一个能够同时考虑界面滑移和翼板剪力滞双重效应的钢-混凝土组合梁模型,并推导了简支组合梁在均布荷载和悬臂梁在梁端集中荷载作用下的解析解。采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。算例分析表明,组合梁的剪滞效应和界面滑移...     

ㄇ形梁剪力滞效应的解析解

精确分析ㄇ形梁在纵横向荷载共同作用下,其横断面上正应力分布规律对于计算其有效宽度有重要意义,应用力法原理,先将ㄇ形梁和翼板截开成矩形截面梁和平面应力板,在截面上代之以赘余的分布剪力,对于平面应力板,通过利用板变形的对称性来简化其边界条件,然后假设一个满足板的控制方程的Airy应力函数求得板的应力和位移,再利用Timoshenko梁理论求得梁的挠度和转角,根据截面上梁与板的纵向位移相等的变形协调条件便可最终确定截面上的分布剪力,给出的数值算例验证了方法的有效性,并与铜陵长江公路大桥主梁的模型有限元结果和试验结果作了对比,解析解法还可用来检验其他各种数值计算方法的精度,并可推广到其他多跨薄壁结构梁桥的膜应力分析中。     

厚薄通用板元在厚筏基础中的应用

Timoshenko厚梁理论提供了随梁厚变化的剪应变函数,将其应用于厚板中,得到板剪应变场,此外,假设整个板元的挠度场为不完全四次式,引入广义协调理论,建立了两个变量场的协调方程,从而构建了一个无剪切闭锁的厚薄通用板元。在此基础上,利用最小位能原理,得出考虑转角支撑作用的厚筏基础和Winkler弹性地基的共同作用方程。最后,将其首次应用于实际工程的分析中。     

用实用解析法计算混凝土基于裂缝粘聚力的新KR阻力曲线

对三点弯曲梁混凝土试件,虚拟断裂过程区上粘聚力呈线性或双线性分布的,可以用实用解析法计算混凝土双K断裂参数及新KR阻力曲线。实用解析方法是用简单函数拟合Green函数,将粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子积分算式转化为简单的算术表达式。该方法无需进行数值积分,简化了计算过程。采用不同尺寸的三点弯曲梁混凝土试件的试验结果...     

单根曲线梁法计算连续曲线梁桥影响线

基于纯扭转理论单根曲线梁法,对常见的约束扭转简支支座(即两端支座扭转受约束但转动为自由,中间支座扭转与转动均受约束)等截面连续曲线梁进行分析。基本思路:在中间支座设虚铰代之以冗力弯矩,并利用变形协调条件求出该值;形成若干单跨一次超静定曲梁基本体系,求出基本体系在单位竖向荷载P=1和单位扭矩mz=1作用下的内力影响线。并示例说明,可供手算及编制程序电算使用,具有一定的实用意义。