结构任意截面内力求解的有限元内力法

在水工结构配筋设计中常需要事先确定截面上的内力值,有限元内力法是求解指定截面上内力值的有效方法,但实际工程中指定的内力求解截面往往不满足有限元内力法"截面由单元面组成"的要求,而且商业有限元软件无法导出内力求解公式中需要的结构整体劲度矩阵.针对这些问题,从有限元基本原理出发,提出 "采用等效变换将指定截面转换为由单元面组成" 和"采用单元劲度矩阵求解结点等效荷载"的方法,从而不需形成整体劲度矩阵,使得利用商业软件的计算结果来求解任意指定截面内力成为可能.最后通过一个简单算例对文中提出方法的正确性与可行性进行了验证.     

基于Hillinger-Reissner变分的混合单元的开发与应用

基于Hellinger-Reissner变分建立了一种用于几何和材料非线性分析的混合单元,采用位移形函数和考虑二阶效应的内力形函数对截面位移和截面内力进行插值,建立混合控制微分方程;通过静力凝聚消除单元节点力未知量得到单元刚度矩阵和单元内力.单元状态确定过程中,截面层次的平衡方程和单元层次的协调方程均通过引入非线性迭代算法以消除残余误差,从而减少结构层次的迭代次数.混合单元结合纤维截面模型用于钢管混凝土(CFST)构件的数值分析,结果表明:相对于刚度法和柔度法单元,基于Hellinger-Reissner变分的混合单元可以更加准确地反映构件的几何和材料非线性,非线性迭代算法用于单元状态确定具有良好的计算效率和数值稳定性.在此基础上对影响CFST构件几何非线性的主要参数进行了分析.     

斜拉网架多阶段加载内力分析方法的研究

系统介绍了斜拉网架结构内力分析方法.把塔柱简化为空间刚架单元,把网架杆件简化为空间桁架单元,对斜拉索采用等效线性空间单元.假设塔柱与网架连接处的横截面为刚性平面,据此建立"变形协调转换矩阵",使塔柱总节点刚度矩阵与网架总节点刚度矩阵耦合在一起,建立斜拉网架结构刚度矩阵.对一个"四塔柱正交斜放四角锥斜拉网架"进行了计算分析,验证了文中方法的正确性和有效性.     

考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法研究

在分析常用计算方法优缺点的基础上,通过引入非线性的桩-土相互作用模型,提出了一种可考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法.首先,采用杆单元对桩体结构进行离散化,计算单元刚度矩阵并合成为总体刚度矩阵;其次,假定基坑内、外侧土压力与桩身位移之间的非线性函数关系,建立非线性的节点荷载函数列阵;再次,根据总体刚度矩阵和节点荷载函数列阵形成总体刚度方程(组),采用Newton-Raphson法求解以得到节点位移列阵;最后,通过单元刚度方程和节点位移列阵反求桩身内力和桩侧土压力.算例分析表明,本文方法计算简单方便,能充分反映桩侧土压力非线性变化的特点,较好地揭示了桩-土相互作用机理,适用于悬臂式排桩内力计算.     

考虑节点刚度的预制混凝土框架结构分析

给出了考虑节点刚度的框架梁的力学模型,推导了用节点连接刚度系数表示的半刚接梁的单元刚度矩阵,以及半刚接梁在荷载作用下的内力计算公式,并利用位移法对一单层单跨框架结构的横梁弯矩及其抗侧刚度进行了讨论.算例结果表明:半刚性连接框架受连接柔性的影响,会使框架结构横梁的杆端弯矩减小,而跨中弯矩增加;结构整体的抗侧刚度则随着节点转动刚度的增加而增加;随着梁柱线刚度比的增加,节点刚度对结构抗侧刚度的影响也随之增大.当梁的线刚度与节点转动刚度的比值α>5,结构受力性能与节点铰接时相近,而当α<0.04时,节点连接可视为刚接.综上所述,节点转动刚度对结构在竖向荷载作用下的内力以及结构整体的抗侧刚度有较大的影响.     

带刚臂和弹性段的平面组合索单元

为在斜拉桥的有限元模型中高效地模拟斜拉索,建立了带刚臂和弹性段的平面组合索单元.两个刚臂位于单元的端部,单元的节点分别与塔柱和主梁上的对应节点固接.索的钢套筒部分视为弹性段,中间索段视为弹性悬链线,弹性段的内力沿接点处弹性悬链线的切线方向.首先利用弹性悬链线的解析解建立了索体的投影方程和刚度矩阵;利用刚臂两端位移转换关系,对组合单元的节点力微分,得到了组合索单元的刚度矩阵.算例分析证明了公式推导及编程的正确性.     

先整体后局部的铝合金车库节点受力分析

铝合金结构是一种应用前景广泛的新型承重结构。为了解决某小区单个铝合金结构车库梁柱节点的连接问题,提出了全新的铝合金结构梁柱节点的连接形式,以充分发挥铝合金材料的优点。先采用ABAQUS建立梁单元模型对结构进行整体分析,基于《铝合金结构设计规范》对主要受力构件的梁和柱进行强度和整体稳定性的校核验算,通过自由振动行为分析结构的薄弱部分,再基于圣维南原理建立实体单元的节点有限元模型进行局部分析,验证先整体后局部分析方法的有效性,分析其应力分布情况且校核其强度,对结构的薄弱环节和节点的应力集中提出解决意见和改进措施。结果表明,所设计的节点连接形式符合规范要求并满足设计需要,为铝合金结构设计和分析提供了参考价值。     

分块预制改整体现浇空心板病害成因分析及其承载能力评定

将原设计为分块预制安装空心板改为整体现浇施工,板的受力状态由单向板转变为双向板。改变了施工方式却仍按原设计配置横向钢筋的空心板,往往容易出现超过规范限制的纵向裂缝,导致裂缝间的板块出现"单板受力"现象。对一座实际桥梁原设计为分块预制而施工时改为整体现浇的空心板病害原因进行理论分析;并应用MIDAS-Civil软件的梁单元和板单元,及ANSYS软件的Solid45单元分别建立了平面杆系模型、板单元模型及三维实体单元模型进行有限元分析;对内力及承载力计算方法进行研究,得出建立板单元模型计算内力既简便又可靠,及可采纳"荷载有效分布宽度"概念及初等梁理论公式计算承载力的结论;最后列出了3座空心板纵、横向弯矩的比例(约11.5%～16.1%)供工程人员参考。     

新型环箍穹顶全张力结构局部断索抗连续倒塌性能分析

为了探究一种由周边环形张拉整体和中部索穹顶组成的新型环箍穹顶全张力结构局部断索的抗连续倒塌性能,在分析其静力及动力特性的基础上,利用自编向量式有限元程序建立了环箍穹顶索杆张力结构的数值模型.考虑结构初始状态,采用等效荷载卸载法分析得到了该结构不同类型拉索破断后剩余结构的动力响应,包括结构位形、节点位移及构件内力等.分析结果表明,利用向量式有限元法能够有效地进行结构局部断索后的动力响应分析;张拉整体单元的拉索破断主要影响所在单元附近的拉索,不会形成连续倒塌;索穹顶内部的拉索破断对周边张拉整体结构影响较小,新型环箍穹顶索杆张力结构具有较好的抗连续倒塌性能.     

剪力键节点域对钢空腹夹层板静力特征的影响分析

为研究剪力键节点域对钢空腹夹层板静力特征的影响,建立考虑节点域影响的钢空腹夹层板有限元模型并进行参数化对比分析,得出钢空腹夹层板的挠度和上下肋内力的变化情况。研究结果表明,剪力键节点域的影响会增大钢空腹夹层板的挠度,减小上下肋的轴力;节点域加劲板的宽度以及剪力键的宽厚比、高宽比等因素对钢空腹夹层板的挠度和上下肋的内力的影响明显;设置加劲板能改善节点域应力分布不均等情况,增大剪力键节点域整体刚度,提高钢空腹夹层板的力学性能。     

润扬大桥南汊悬索桥桥面铺装在竖向荷载静力作用下的力学分析

介绍了一种整体局部模型的分析方法对钢桥面铺装进行力学研究,即分别建立整桥、局部梁段、正交异性板桥面铺装的三维有限元模型,通过边界条件的设置,将整桥力学分析的结果移植到正交异性板桥面铺装模型中.研究结果表明,考虑悬索桥桥型特点计算的铺装层最大纵向拉应力比以往局部模型的计算结果大12.6%左右,这是由于悬索桥主梁和桥面铺装活载挠度大于一般连续梁桥的结构特点所致.桥面铺装力学分析方法能较为准确地反映桥面铺装在整桥力学环境下的受力特点.     

基于神经网络的冷连轧机轧制力预报模型

为了提高冷连轧机轧制力预报精度，提出一种解析数学模型结合神经网络校正模型的计算方法，建立冷连轧机轧制力预报模型。采用径向基函数的局部映射和全局线性映射相结合的神经网络校正模型求解带钢变形抗力和轧制变形区的摩擦因数；并采用轧制变形区离散化方法分析轧制变形区内张力、摩擦力及金属变形抗力等在带钢轧制方向上的分布规律，从而建立轧制力在线计算数学模型。现场实测数据离线仿真结果表明，采用此基于神经网络的冷连轧机轧制力预报模型预测轧制力，其预测误差小于8．9％，此模型能用于指导生产实践。     

连续钢梁顶推过程局部接触分析及改善措施

为了研究大跨度连续钢梁顶推的局部受力特性,以6×90m变曲率竖曲线连续钢梁顶推为研究对象,根据梁不动、下部支撑移动的＂倒退＂方法,采用商用程序MIDAS 2006建立顶推整体有限元模型,并对其进行仿真分析。在此基础上,根据顶推整体仿真计算结果,选取滑道处钢梁最不利工况,借助EXCEL和CAD等辅助工具,运用ANSYS的APDL语言快速建立＂梁-壳-实-接触＂混合有限元模型。理论和实测值均表明：最不利工况下滑道处钢梁局部受力满足要求,但转角位移过大。结合工程实际情况,提出了2种有效改善措施：第一种采用台阶导梁;第二种采用台阶导梁、压重和增大部分钢梁截面刚度的组合方式。     

海洋导管架型平台非线性多层子结构模式分析法

海洋导管架型平台是一个复杂的非线性空间结构。按照通常的方法,这种非线性结构系统不能一次确定力和位移的关系、其总刚度矩阵必须多次迭代才能完成,因而很费计算机机时。本文介绍的多层子结构摸式分析法,根据导管架型平台只是局部非线性结构的特点,把平台结构分成两类子结构模式;非线性子结构模式——桩基浅处的桩土之间相互作用的模式和线性子结构模式——桩基深处的桩模式和导管架模式。每一个子结构模式又可分成简单的超级单元和更简单的基本单元。仅仅非线性子结构漠武需要经过多次迭代求出其刚度矩阵。它与线性子结构刚度矩阵一起组装成平台的总刚度矩阵,进而进行静力和动力分析。由于非线性子结构模式比整个平台结构小得多,因而迭代过程容易完成。各种工况下的复杂的荷载也可以山各种简单的荷载模式组成,因此各种工况的静力和动力分析的结果可以一次求得。木文运用DASOS—J计算机程序(此程序是由大连工学院编制的)按此方法分析了我国渤海某平台的内力计算实例。     

生物学中一类带有扩散项模型的全局分歧研究

研究了一类带扩散项的pioneer-climax模型在Neumann边界条件下的共存态问题。首先,给出了平衡态方程解的先验估计。其次,利用分歧理论和度理论,结合极值原理,以d为分歧参数,得到系统非常数正解的存在性,同时得出局部分歧可延拓为全局分歧。再次,详细地描述了非常数正解的全局分歧结构。最后,讨论了连通分支Γ伸向无穷。     

气固磁流化床的双相模型

通过局部平无权函数Γ（ｒ），定义了气固磁流化床中的局部平均变量，导出了建立在局部平均意义上的气固两相的连续性方程和运动方程。通过分析磁流化床中的应力张量Ｅｉｊ、曳力ｎｆｉ、磁力ｎｆｍｉ，使方程组封闭，建立了描绘磁流化床中气固两相运动的数学模型，给出了该模型的数值模拟应用实例。     

连续变量函数全局优化算法—列队竞争算法

提出了一种全局优化搜索新算法——列队竞争算法．算法在模拟进化过程中,始终保持着独立并行进化的家族,通过家族内部的生存竞争和家族间的地位竞争这两种不同的竞争方式,使群体快速进化到最优或接近最优的区域．根据家族的目标函数值大小排成列队,并按家族在列队中的地位不同获得不同的竞争推动力,使得各个家族在列队中的位置发生动态的变化,从而使得局部搜索与全局搜索达到均衡．数值计算结果表明,列队竞争算法具有在复杂搜索空间内迅速搜索到最优解的能力     

运动生成机构的优化综合

提出了一种在运动生成机构不产生乱支与乱序缺陷，并具有整周转动的连架驱动构件的前提下使得机构的传力特性达到最优，在建立了运动生成机构的优化综合模型后，采用改进遗传算法寻求全局最优解，综合实例结果表明了该方法的有效性。     

串联工业机器人机械臂的模块化组合式设计方法研究

针对传统机械臂设计方法存在灵活性低、能量消耗大且刚性差的问题,提出一种新的串联工业机器人机械臂模块化组合式设计方法。首先,设定不同模块局部坐标系,通过结构体数组方式对数据库进行存储。通过受力分析构建关节受力模型,选择关节部件选型;其次,利用装配数组生成方法将选择好的关节部件依据模块化组合式设计理念,设计成两件组件式;并分析机械臂工作空间。最后实验结果表明,采用所提方法设计的机械臂各模块输出力矩均符合设计要求,机械臂性能良好,不仅灵活性高、能量消耗低;而且具有良好的刚性。     

水下多障碍区域机器人的路线规划模型优化设计

水下多障碍区域中障碍物数量较多,且具有随机性和实时性的特点,传统模型依据起始点、目标点及障碍物顶点等建立可视图,一旦障碍物发生变化则需重新构图,无法适应障碍物的随机性,规划的机器人运行路线臃长,提出一种基于改进人工势场法的水下多障碍区域机器人路线规划模型,通过引力场与斥力场的负梯度描述引力和斥力,获取人工势场对机器人的作用力,建立人工势场模型。通过对人工势场斥力函数的优化设计,解决机器人障碍物附近目标不可达的问题;通过障碍物连接法解决人工势场模型的局部最小值问题,使机器人尽快走出局部最小值区域。实验结果表明,所提模型不仅能够有效避开障碍物,而且规划路径较短,效率高。