考虑Cowper-Symonds黏塑性材料本构的向量式有限元三角形薄壳单元研究

薄壳结构的力学行为分析往往涉及显著的材料非线性效应,对爆炸、冲击等高速动力问题还需进一步考虑高应变率效应的影响。基于此,将可同时考虑应变硬化和应变率效应的Cowper-Symonds黏塑性材料本构模型（简称C-S模型）引入向量式有限元三角形薄壳单元,以实现金属薄壳结构的动力非线性分析。推导C-S模型的弹塑性增量分析步骤,并将其作为单独的计算分析模块引入薄壳结构的向量式有限元分析程序,适用于线弹性、理想弹塑性、双线性弹塑性和率相关C-S模型等4种材料模型条件下的薄壳结构分析。算例分析表明,所编制的向量式有限元程序可以有效实现非线性材料情况下薄壳结构的静、动力分析以及爆炸冲击作用下的非线性动力响应分析,验证了文中C-S模型理论推导和程序的正确、可靠。     

材料阻尼对钢筋混凝土框架结构动力响应影响分析

介绍应力相关复阻尼模型求解结构动力响应的方法;并在时域内考虑阻尼是一个变量,采用应力相关复阻尼模型计算一个钢筋混凝土框架结构的动力响应和结构的材料阻尼值,按相同的阻尼比,采用黏性阻尼模型计算了同一个钢筋混凝土框架结构的响应,并将结果进行对比,分析两种不同的阻尼模型对结构动力响应的影响。结果表明,结构的材料阻尼值都表现出随应力增长而增大的特性,该特性有利于增加结构的耗能,且能有效抑制结构振动响应振幅;采用不同类型的阻尼对结构响应影响很大。     

地铁车站与其上盖钢框架结构体系的地震响应分析

以某实际工程为例,建立了地铁车站-上盖钢框架计算模型,分析了该体系结构的地震响应。分析中设计了5种计算工况,通过对各工况计算结果的对比分析,研究地铁车站结构与上盖钢框架结构地震响应的相互影响,以及地铁车站结构与上盖建筑物对场地土地震响应的影响。分析表明:较小尺寸的地下结构以及较轻的上盖建筑物对场地土动力特性和体系地震响应规律的影响均较小。同时,由于受土体的约束,地表框架结构与地下地铁车站结构是否相连,对体系地震响应的影响也不显著。     

CFD软件在结构抗风分析中的应用

介绍了计算流体动力学（CFD）方法的主要功能以及几种大型通用CFD商业软件的发展概况和主要性能。运用计算流体动力学中的非稳态计算,获取建筑物表面风荷载时程,将其直接作用于结构进行动力时程分析,统计结构动力响应从而获得结构的风振系数。给出了CFD软件在建筑设计、结构抗风和流固耦合方面的应用实例。     

渡槽运营期有限元动力响应分析

渡槽是一种应用广泛的跨越式水工建筑物.大型渡槽的动力特性分析包括自振频率及振型,它是渡槽结构地震反应计算和抗震设计的基础.南水北调工程从南向北穿越地震活动的强烈的华北地区,而渡槽是该工程中最重要的建筑物之一,因此必须对渡槽在地震作用下的动力性能进行分析计算进而得出动力响应.     

泡沫混凝土回填层在地下复合结构中的抗爆特性分析

泡沫混凝土材料具有减振和吸收冲击能量的特点。应用ANSYS/LS-DYNA有限元程序对地下复合结构在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟,分析了泡沫混凝土减振层对结构动力响应特性的影响。计算结果表明,泡沫混凝土减振层能够明显减小结构的动力响应;泡沫混凝土减振层的最佳厚度为毛洞半径的0.25倍左右。     

单层网壳结构在地震作用下的弹塑性动力响应研究

采用U L有限元列式 ,基于各向同性强化模式 ,Von Mises屈服准则和Prandtl Renss增量理论 ,针对强烈地震作用 ,考虑结构的几何和材料非线性 ,研究单层网壳在多维地震作用下的弹塑性动力响应计算。提出了一种有效的适用于网壳结构非线性动力响应的增量 /迭代有限元计算方法 ,考虑了转角大位移的精确计算 ,并对一个短程线形单层球面网壳结构进行了地震响应的双重非线性时程分析研究 ,探讨了结构的延性抗震性能     

空间双向张弦梁结构简谐激振动力分析

针对上弦型钢空间双向张弦梁同时考虑几何非线性与材料非线性,对结构施加简谐激振荷载作用研究其动力响应。采用有限元数值分析方法,通过模态分析、谐响应分析及时间历程分析等手段,考察不同作用位置和不同作用频率的激振荷载作用下的动力响应数值计算结果。计算表明,上弦型钢空间双向张弦梁结构的频率较密集,整体刚度较大,改善了张弦梁结构偏柔的性能,对简谐激励荷载的动力响应有非常积极的控制作用,同时找出结构的薄弱环节及动力响应规律。     

列车动载下衬砌厚度对隧道结构动力响应的影响研究

以北京市某在建地铁盾构区间为工程背景,探究列车动载下衬砌厚度对隧道结构动力响应的影响。采用英国几何不平顺值提供的公式模拟列车运行过程中产生的激振力,研究80 km/h车速下隧道结构不同监测点的动力响应。运用有限差分软件FLAC3D建立计算模型,计算分析了250、300、350、400、450 mm 5种管片厚度下结构的动力响应。通过计算得出:列车动载下结构出现整体运动趋势;位置特点相同的监测点具有更加相近的振动时程曲线;隧道两拱脚及拱顶和仰拱处均产生位移差,进而引起附加应力;最大主应力峰值远小于结构材料的极限抗拉强度;管片厚度较大的结构在动力响应方面表现出一定的优势。     

隧道掘进爆破下多层建筑的应力响应特征研究

以大连南部滨海城市公路隧道工程为背景,引入高阶模态分析方法,通过对建筑物进行爆破振动监测和结构振动响应测试,建立多层建筑物的三维数值模型,研究建筑物的高阶模态特性,探究爆破振动下建筑物局部构件的应力响应特征,并与低层建筑物的振动响应进行对比分析。结果表明五层房屋的振型模态受建筑物整体性的影响,高阶模态对建筑物局部损伤较大;随着峰值振速的增加,多层建筑物局部构件的主拉应力也会随之增大,可能发生损伤的构件会逐渐增多;隧道爆破振动下,二层砌体和五层砖混建筑上的最大拉应力或压应力发生的位置或应力值不完全相同,主要是结构动力响应除了与爆破地震波有关,还与结构本身的动力特性、结构型式等有关。     

薄壁壳在外部承受冲击荷载作用下的动力响应分析

随着现代工业技术的发展,大量新型、高强度的轻型薄壳结构广泛应用于国防及民用工业的各个领域,因此有关薄壁球壳受冲击荷载的动力响应问题的计算理论迫切地需要充实和完善。目前对于球壳问题的大多数研究还仅限于静力分析且局限于数值解法或近似分析法,对于薄壁球壳结构受冲击荷载的动力分析还不多见。采用汉克尔积分变换和贝塞尔函数,求解了薄壁球壳在外部冲击荷载作用下动力响应问题,结果表明:在结构外部表面承受局部冲击荷载作用下,薄壁球壳径向振动具有非周期性的特点,其"假定频率和周期"一致。应力状态具有非周期性的衰减特点,可根据明显的极值顺序来确定。结构的动力破坏由两步确定;第一步以拉-压平面波的作用为条件,平面波直接在冲击区下沿厚度传播,结构的强度特性改变;第二步以弯曲应力的作用为条件,导致结构的最终破坏。     

矩形高层建筑横风向风振响应简化计算

基于风洞试验数据和随机振动理论,本文提出了矩形高层建筑横风向风振响应简化计算公式,这些简化公式的提出将求高层建筑横风向风振响应的复杂积分变为方便的代数运算。本文应用这些简化公式对大量的矩形高层建筑实例进行了计算、分析。将本文提出的简化公式计算结果与积分计算结果比较,相对误差基本上在5%以内,因此本文提出的公式有较高的精度。用本文简化公式计算得到的高层建筑横风向风振响应与日本建筑荷载规范、加拿大国家建筑规范计算得到的横风向风振响应比较,总体上差异较小。由于本文提出的简化公式所依据的风洞试验模型和数据较为精细,因此本文简化公式有相当高的可靠性与合理性。     

圆柱壳结构的合理设计与温度效应

本文对工程上的贮液、贮仓等圆柱壳结构提出改进的有矩设计理论。着重从计入结构自重的三次超静定，变壁厚回桂壳的设计，以及温度对壳内力的影响等进行壳体结构的内力分析，并与通常设计理论和方法进行对比，阐述圆柱壳结构合理设计的一些途径。     

高速撞击下双层壳体结构的数值分析

采用动力有限元显式积分方法对双层壳体高速撞击靶体的弹塑性动力学问题进行了数值模拟,研究了52m／s初速度撞击铝合金靶体时外壳、中壳以及内体的动态演变过程,依据能量耗散机理,提出了多组结构设计方案,并通过撞击过程的数值模拟分析和对比,确定了合理的双层壳结构模型。     

Dynamic elastic instability of long circular cylindrical shells under pure bending

The present paper studies the responses and instabilities of long circular cylindrical shells subjected to dynamic pure bending. The dynamic instability characteristics of the shells subjected to a sudden step bending load of infinite duration are explored. Analysis is performed using nonlinear finite element numerical methods. Critical dynamic moments are determined through the use of Budiansky and Routh's stability criterion. Numerical predictions for the dynamic instability are compared with those static results given earlier by Brazier. The effects of shell geometry on the dynamic stability of the shells are shown. It is found that the dominating factor to affect the shell stability is the ovalization of the shell cross-section in the centre of the shell.     

考虑二阶振型的高层建筑顺风向风振响应简化计算

为评估高层建筑风振的舒适度,应建立简单实用的结构风振响应计算方法。而我国GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的高层建筑顺风向风振响应简化计算方法没有考虑二阶振型的贡献。基于准定常理论,采用频域法进行了考虑二阶振型贡献的高层建筑顺风向风致响应评估,并分析了二阶振型对结构风致响应的贡献。结果表明：二阶振型对高层建筑顺风向动力位移响应的贡献一般在2%以内,但对顺风向动力加速度响应的贡献最大能达到18%。在评估结构顺风向风振加速度响应时,二阶振型的贡献不能忽略。在此基础上,推导了考虑二阶振型的对称等截面高层建筑顺风向风振响应简化计算方法。将此简化方法得到的结果与频域法和规范公式得到的结果进行对比,其误差在5%以内,表明简化公式具有较好的精度和适用性。     

冲击荷载作用下带下部钢管柱单层球面网壳结构动力响应分析

为研究带下部钢管柱的单层球面网壳在冲击荷载下的动力响应,在ANSYS/LS DYNA中建立70 m跨度带下部钢管柱的K8型单层球面网壳与正方体冲击物的数值模型并进行数值分析。根据结构动力响应和最终变形,总结了结构在冲击荷载作用下的4种响应模式,并分析了各响应模式下的动力响应（冲击力、节点速度、节点位移、杆件应力）特点。通过改变冲击点位置以及下部柱高度等参数,分析这些参数对带下部钢管柱的单层球面网壳结构响应模式的影响,揭示了结构响应随各参数的分布规律。研究结果表明:水平侧向冲击作用下结构的冲击力主要为等腰三角形脉冲荷载;冲击柱顶点时,上部结构有杆件失效,结构的节点水平位移和杆件应力最大;冲击柱高度较低时,冲击力峰值较小,节点最大水平位移和杆件最大应力较大。     

薄壁空心球节点承载能力的非线性数值分析

现行网架规程中的焊接空心球承载力设计公式是以试验为基础的经验公式 ,对以稳定性控制的球壳 ,难以求得较为精确的屈曲临界点。应用对称旋转薄壳屈曲的非线性有限元理论 ,对空心球节点进行大位移弹塑性屈曲分析 ,得出了可供设计参考的空心球承载力数据表 ,并回归出适用于大直径空心球计算的近似公式 ,以确定空心球节点的失效状态及临界荷载。     

空间高度对球面网壳结构内爆炸响应的影响

基于修正后的Johnson-Cook材料模型,应用ANSYS/LS-DYNA建立K8型单层球面网壳计算模型,对内爆炸下不同空间高度的结构爆炸响应进行计算和分析。首先,分析结构内爆炸冲击波传播规律,验证模型参数选取的可行性;其次,讨论内爆炸作用下球面网壳的动力响应,对比分析不同本构模型对爆炸响应的影响;最后,定义下部支承结构所围体积占结构所围总体积的比值为空间高度系数,讨论空间高度系数对墙面未开洞和墙面开洞球面网壳动力响应的影响。结果表明,爆炸冲击波在球面网壳结构角部有汇聚效应,与反射冲击波共同作用,严重影响球面网壳结构的动力响应;对于墙面未开洞的球面网壳,爆炸响应受反射冲击波影响较大;对于墙面开洞的球面网壳,爆炸响应受空间高度系数影响较大。基于研究结果给出了球面网壳结构在内爆炸下防爆和抗爆设计的合理空间高度系数建议值。     

张弦网壳结构地震响应规律分析

对张弦网壳结构地震响应规律进行大量理论分析与计算研究。在建立多自由度体系计算模型及地震响应基本方程的基础上,探讨对比采用不同计算方法、不同方向单维地震作用及多维地震作用下张弦网壳结构的地震响应,深入地研究张弦网壳屋盖与下部支承体系的静力及动力相互作用,强调采用整体模型的必要性,并给出张弦网壳结构地震响应的特点与规律,从而对张弦网壳结构的抗震设计提出有益的建议。