一种简便的含裂纹梁的有限元模型

研究了含裂纹梁的弯曲变形问题。建立了一种简便的含裂纹梁的有限元模型,基于断裂力学理论和力的平衡方程,利用柔度矩阵和刚度矩阵的物理含义,导出了含裂纹梁单元的刚度矩阵。基于Matlab软件进行了数值模拟运算,给出了裂纹对梁挠度的影响。     

裂纹梁的动力特性与裂纹位置识别

根据能量原理和断裂力学理论导出模拟未开裂部分韧带效果的线弹簧模型的刚度矩阵，从而建立了一种裂纹梁分析的有限元模型，运用该模型，研究了不同裂纹长度和位置对悬臂梁动力特性的影响，算例结果与现有实验数据的比较表明，当无量纲裂长度小于０．６时，两者吻合非常好，反之，两者之间存在较大的误差。     

裂纹梁结构静力与动力分析的p型自适应有限元方法

为提高裂纹结构静力和动力分析问题的收敛速度和分析精度,将基于Legendre正交多项式的p型自适应有限元方法与断裂力学方法相结合,给出了p型自适应梁单元刚度矩阵和质量矩阵的显式积分表达式,同时建立了裂纹单元的刚度方程.数值仿真和实验案例表明,该方法与细化网格的h型有限元方法相比,在自由度减少的同时能够有效地提高计算精度.考虑到裂纹识别问题一般采用有限元方法建立精确辨识模型,该文提出的方法在降低识别复杂度和提高识别精度方面具有一定的工程实用价值.     

裂纹梁单元在曲轴裂纹分析中应用

为分析裂纹对曲轴振动特性的影响，根据曲轴常见裂纹的特点，提出计算含有横向裂纹的矩形截面空间梁单元刚度矩阵的新方法。该方法首先被应用于分析含裂纹悬臂梁的振动模态，经验证后再用来模拟内拐角处出现裂纹的曲柄臂，在此基础上，针对一根含裂纹的直列式四缸发动机曲轴建立有限元模型，对其振动特性和动态响应特性进行模拟分析，为实现利用振动分析技术检测曲轴裂纹奠定基础。     

基于裂纹诱导弦挠度的梁裂纹损伤识别

基于裂纹诱导弦挠度函数的构造特征,研究了任意边界条件下的Euler-Bernoulli梁中裂纹的静力损伤识别方法.首先,将裂纹等效为线性扭转弹簧,得到了任意边界条件下裂纹Euler-Bernoulli梁静力弯曲挠度的解析通解;然后,证明了裂纹诱导弦挠度函数为分段三次多项式函数,并建立了基于挠度测量的、通过拟合裂纹诱导弦挠度函数识别裂纹位置和裂纹等效扭转弹簧柔度的数值方法;最后,数值验证了所提出的裂纹损伤识别方法的适用性和可靠性,考察了挠度测量误差、裂纹位置和深度等对损伤识别结果的影响.结果表明:裂纹位置的识别精度高于裂纹等效扭转弹簧柔度的识别精度,裂纹数量及裂纹识别区间的选取对裂纹损伤识别结果的影响有限,所提出识别方法具有较强的鲁棒性.     

利用应变传递特性诊断箱型梁裂纹的实验研究

以结构应变传递特性分析为基础,针对应变对局部结构变化比较敏感,提出了将两点应变的傅里叶变换之比作为识别裂纹的敏感因子,并分别以无裂缝／有裂缝箱型梁为研究对象进行实验研究。实验结果表明：该方法对裂纹诊断较为敏感,具有一定的实用价值。     

基于小波有限元模型的转子多裂纹识别方法

为解决旋转结构中多裂纹的定量识别问题,提出了一种基于小波有限元模型的转子多裂纹识别方法.首先从正问题入手,基于区间B样条小波有限元建立转子裂纹的精确辨识模型,利用该模型求解不同位置和深度的裂纹转子的固有频率,通过曲面拟合技术建立裂纹诊断数据库;然后从反问题切入,设计多裂纹识别算法;最后,正反问题相结合,通过等高线法实现转子裂纹位置与深度的定量识别.仿真结果表明:该方法能够高精度地对转子多裂纹进行识别,对工程中旋转结构中多裂纹的定量识别具有一定的指导意义.     

结构振动有限元模型的精细修改方法

本文在分析模型精细校正的基础上,从另一角度推导了分析模型的质量阵和刚度阵的修改公式,简化了精细校正计算公式,不仅计算量小,且修改灵活,修改后的模型保持了与实际结构的对应关系,从而可以再修改.文中对非测试自由度振型值的计算也给出了改进的公式.最后,简要地讨论了精细校正方法的数学基础.     

柔性杆梁结构振动主动控制的有限元分析

基于结构的有限元模型,用分段压电片作为控制执行器,利用线性二次优化法,由Ｒｉｃｃａｔｉ方程求出反馈增益矩阵及反馈控制力,并由此对系统（悬壁梁主体结构）实施的主动控制进行了有效地计算机模拟。     

内结合圆角处含有裂纹的曲轴动力学模型

建立裂纹曲轴的动力学模型,对裂纹曲轴的非线性动力学进行仿真与分析.针对内结合圆角处出现常见裂纹的曲轴,采用Timoshenko梁单元与裂纹梁单元相结合的方法建立其有限元模型;根据裂纹曲轴运动的特点及工作过程中裂纹开闭的实际情况,提出在旋转坐标系下建立其非线性振动模型.以一四缸发动机的曲轴为例,对含不同深度裂纹曲轴的振动响应进行了仿真计算,对其扭振、纵振及弯曲振动的频谱特性进行分析,提取并总结了裂纹曲轴动力学的一些特征.研究表明,所提出的裂纹曲轴动力学模型简洁且容易实现,裂纹曲轴的动力学特性分析为曲轴裂纹故障诊断奠定了理论基础.     

润扬大桥结构健康监测策略

对建立大跨桥梁结构健康监测系统的关键问题--大跨桥梁结构健康监测策略进行了分析研究,阐述了大跨桥梁结构健康监测项目的选择依据、传感器优化布设的原则与主要依据、传感器选择的原则等.提出了综合考虑大桥的结构特点和各个方面对系统功能的要求,通过费用-效益比分析,确定长期监测和周期检测内容的项目选择原则.关于传感器的布设,提出了遵循从状态评估的需要出发,以有效和经济为目标,使测点能够发挥最大效应的原则,综合结构安全评估、传感器布设优化理论等因素进行优化布设的方法.在有限元分析的基础上,应用遗传算法进行了润扬大桥结构健康监测系统振动和应变传感器优化布置的理论分析.然后进行了润扬大桥结构健康监测传感器系统的总体设计.     

港珠澳大桥非通航孔85m组合连续箱梁体系转换线形监测与分析

港珠澳大桥CB05标浅水区非通航孔桥采用85 m组合连续箱梁结构,全长5 440 m,共11联,128片组合梁,国内外如此大规模的组合梁桥建设尚属罕见。如何通过线形监测准确而高效地反应组合梁实际线形,对工程本身显得尤为重要。介绍了组合梁安装阶段的主要施工流程,重点阐述了组合梁体系转换步骤;运用Midas/Civil 2012建立了有限元理论模型;结合实际情况布置组合梁顶、底板线形监测点;选取本桥首件工程第八联组合梁为对象,将采集到的线形实测值与理论值进行了对比分析,统计偏差范围,分析偏差出现的原因,为后期改进施工措施、国内组合梁成桥高程验收标准制定以及今后类似工程建设提供了参考和经验。     

考虑频响特性的均质梯形断面路基等效参数计算

以无砟轨道路基为主要研究对象,建立多个高度梯形断面均质路基及半无限空间的有限元动力计算模型,对路基及半无限空间在相同荷载作用下不同位置的动应力、动位移和加速度进行了频响特性对比分析。综合考虑各动力响应结果得出：除去边坡点,路基内大部分点的动力响应吻合度基本呈现随路基高度减小而有所增加的趋势,当路基高度小于3m时,吻合度可达到约80％;当路基高度为4～6 m时,吻合度可达到70％以上;当路基高度为8 m以上时,吻合度低于60％。根据不同的动力分析目的,达到满足分析精度要求的吻合度时,具有梯形断面的路基可以等效为半无限空间,其等效参数可以按照动力基础半空间理论进行计算。     

有限单元形状质量的计算方法

应变能是弹性体变形程度的度量,而各向同性弹性材料的应变能力又是应变张量不变量的函数,基于这一有限变形弹性理论,导出了由应变张量不变量表示的三角单元形状质量的计算公式,由此得到的形状质量计算公式在理论上更具合理性,更合乎逻辑。     

高频弯曲振动梁的随机参数能量有限元分析

为了研究单个结构参数值遵循均匀分布规律随机变化时梁的高频振动响应统计特性,提出了随机参数能量有限元方法。该方法利用传统能量有限元方法,得到了确定梁结构能量密度响应的解析解,运用连续型随机变量的期望和方差公式,得到参数随机时系统任意位置处响应的均值和方差,并与能量密度模态解的蒙特卡罗仿真结果进行了比较。梁的截面宽度、高度及密度随机变化的响应统计特性的对比结果表明,响应方差对截面宽度的变化最敏感,对密度最不敏感,能量密度的方差随梁上位置坐标的增大呈先增大后减小的趋势,在激励点处取得最大值。为了保证系统响应值的稳定,在结构设计时尤其要注意保证截面高度的精度。     

Cross spectral energy method for damage assessment of the cable-stayed bridge under operational conditions

The new cross spectral energy method （CSEM） is proposed for maintaining cable-stayed bridge safety by the measurable output-only vibration response. Damage assessment of real structures is limited by a series of problems such as unknown ambient excitation forces, errors introduced by system identification, incomplete dynamic measurements, etc. Thus the methodology based on cross spectral energy of each substructure member is derived to meet these challenges. The novel damage index does not require any modal or parameter identification technology. It can be calculated directly from vibration test data. In order to evaluate the efficiency of the presented methodology, a three dimensional （3D） actual cable-stayed bridge model .with one or more damaged positions under operational conditions was studied. In order to testify the reliability of damage detection method, the response data was polluted by the random noise. It is proved that the proposed method can successfully localize all damage cases even in noisy data. With the help of examples, the CSEM can potentially be applied as a nondestructive evaluation technique （NDT） for on-line health monitoring of cable-stayed bridges with minimum disruption of its operations.     

大跨桥梁结构以健康监测和状态评估为目标的有限元模拟

通过对桥梁结构健康监测和评估研究现状的简单评述，讨论了结构健康监测和状态评估中的关键理论与技术问题，介绍了笔者近年来在大型桥梁以健康监测和状态评估为目标的结构模拟方面开展的一系列关键理论和技术问题研究；通过对2个大跨悬索桥——香港的青马大桥和江苏的润扬长江公路大桥的有限元建模和模型修正过程，探讨了大跨桥梁结构以健康监测和状态评估为目标的有限元模拟的技术要求、建模方案与策略．研究表明：大跨桥梁以结构状态评估为目标的有限元模拟，必须是建立于衔接理论基础上的多尺度结构模拟．在桥梁结构整体动力响应分析确定了关键损伤构件的基础上，需进一步建立关键构件的局部模型以分析在桥梁结构全尺度有限元模型中无法模拟的细节行为，即发生于焊连接件的局部应力集中和损伤累积行为．     

双层弹性支承梁的有限元分析

用有限单元法分析了双层弹性支承梁的静力响应.双层弹性支承梁结构由二种平行的梁(上层梁和下层梁)、上层梁和下层梁之间的离散弹簧和下层梁下部的Winkler基础组成.上层长梁、下层短梁、离散弹簧、Winkler基础和作用在上层梁上的荷载视为一个系统,并将该系统进行有限单元离散,梁单元的弯曲形函数采用Hermitian 3次方插值函数,利用变分原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立该系统有限单元形式的平衡方程.阐明了单元刚度矩阵以及在上层梁单元作用竖向集中荷载或分布荷载下单元节点荷载列阵的形成.举例说明了该方法的应用,为类似结构的力学分析提供了一种数值方法.图5,参13.     

大型电除尘器钢结构宽大梁有限元分析

根据某型号电除尘器钢结构主要部件宽大梁的结构特点，利用大型通用有限元分析软件ANSYS，建立了有限元模型，采用波前法对宽大梁进行了有限元分析，研究了在各种栽荷共同作用下宽大梁结构应力(应变)以及位移(变形)情况。结果表明，分析计算具有较高精度，所建模型和采用的计算方法合理，可进一步用于电除尘器钢结构的优化设计。