一种考虑温度影响的高效几何非线性梁柱单元

在梁-柱单元位移函数中引入了轴力的影响,将传统3次位移函数改进为4次位移函数,并推导得到了考虑温度影响的几何非线性梁-柱单元.该单元的几何非线性刚度矩阵中完整考虑了单元位形变化对平衡方程的影响、温度变化对材性和单元应变的影响以及单元位形变化对几何方程的影响,进而可以考虑二阶效应、弓形效应.采用该单元编制了有限元程序,算例分析表明,该梁-柱单元精度得到了显著改善,可以极大减少非线性有限元模型的单元数量,在分析火灾下梁的悬链线效应、火灾下杆系结构连续性倒塌等问题上具有显著优势.     

功能梯度材料梁的非线性研究

研究了热/机械载荷作用下几何非线性对功能梯度材料梁的位移及应力的影响。首先根据一阶剪切变形梁理论推导了机械载荷条件下功能梯度材料梁位移和应力的平衡方程,热载荷条件通过求解一维热传导方程即可获得;然后采用解析法和摄动技术两种方法对平衡方程求解,并利用非线性应变-位移关系分析非线性对位移和应力的影响;最后引入算例采用不同方法计算功能梯度材料梁的位移及应力并对比分析。数值计算结果表明,几何非线性对梁的位移和应力的影响是显著的,材料常数和边界条件对梁的非线性弯曲也有一定的影响。这种求解非线性平衡方程解析解的新方法对高阶剪切变形和层理论有一定的指导意义。     

Nonlinear analysis on the reinforced concrete multi-T girder based on the solid and degraded composite element

根据实体退化壳单元理论,推导单元的位移场,建立钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元模式,其中纵向受力钢筋采用空间杆单元处理,并推求了其对实体退化组合单元刚度矩阵的贡献。采用Ottosen四参数屈服准则,考虑混凝土的材料非线性,以及通过V.Karman假设考虑了结构的几何非线性,分析几何非线性对此结构的影响。典型算例分析表明:考虑双重非线性的钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元的计算结果与试验资料吻合良好;当偏载加载时,加载端边梁的受力钢筋应力发展较为迅速而首先达到屈服应力,其余各主梁的受力钢筋应力依次发展,直至结构破坏;对于钢筋混凝土多梁式T梁类实体结构,材料非线性效应明显,但几何非线性效应在一定范围内可以不计入。     

基于实体退化组合单元的钢筋混凝土多梁式T梁非线性分析

根据实体退化壳单元理论,推导单元的位移场,建立钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元模式,其中纵向受力钢筋采用空间杆单元处理,并推求了其对实体退化组合单元刚度矩阵的贡献。采用Ottosen四参数屈服准则,考虑混凝土的材料非线性,以及通过V.Karman假设考虑了结构的几何非线性,分析几何非线性对此结构的影响。典型算例分析表明:考虑双重非线性的钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元的计算结果与试验资料吻合良好;当偏载加载时,加载端边梁的受力钢筋应力发展较为迅速而首先达到屈服应力,其余各主梁的受力钢筋应力依次发展,直至结构破坏;对于钢筋混凝土多梁式T梁类实体结构,材料非线性效应明显,但几何非线性效应在一定范围内可以不计入。     

钢筋混凝土梁单元双非线性分析的共旋坐标法

针对已有的钢筋混凝土梁单元非线性分析模型采用较多的假定和近似从而导致计算量增大及计算精度下降的问题,基于共旋坐标法建立了考虑材料和几何非线性的任意截面钢筋混凝土梁的数值分析模型.首先利用虚功原理计算共旋坐标系下完全粘结钢筋混凝土梁考虑材料非线性的切线刚度矩阵,再通过结构坐标系与共旋坐标系下节点力之间及节点位移之间的总量关系及微分导出的增量关系,最终获得钢筋混凝土梁在结构坐标系中考虑几何与材料双重非线性的切线刚度矩阵．算例结果表明,本文算法可减少计算量、不累积误差、精度高.     

三维梁单元的弹塑性切线刚度矩阵

采用非线性有限元理论 ,在 U .L列式的坐标系下 ,考虑各向同性强化材料 ,基于 Von-Mises屈服准则和 Prandtl-Renss增量理论 ,推导出三维梁单元的弹塑性切线刚度矩阵 .考虑了位移的高阶项影响和材料的非线性影响 ,对空间梁单元的非线性有限元程序的编制有十分重要的意义 .     

几何非线性平面梁考虑收缩徐变的算法研究

针对混凝土斜拉桥等大跨柔性混凝土结构同时存在的几何非线性与收缩徐变问题,基于微分法导出了随转坐标系下平面梁在大转动小应变时的几何非线性平衡方程,该方程已计入初应变效应.结合初应变法计算混凝土梁收缩徐变等效节点力有限元列式,利用节点力之间和节点位移之间全量及增量的关系,获得结构坐标系下平面梁单元几何非线性分析中考虑收缩徐变效应影响的实用算法,并给出了详细的计算步骤.对某大跨径混合梁斜拉桥混凝土桥塔进行了考虑混凝土徐变效应的几何非线性分析,计算结果表明本文提出的算法能较好解决上述问题,具有一定的工程应用价值.     

钢结构非线性温度响应分析

基于非线性有限元法和全量理论,推导了常温和高温下钢框架结构温度响应的基本方程.推导中考虑了不同连接刚度、几何非线性和材料非线性及温度沿杆件截面高度线性分布等因素对结构温度响应的影响.用自行编制的计算程序进行了单层和双层钢框架结构非线性温度响应分析,计算结果与相关试验结果基本吻合,验证了文中理论与程序的正确性.通过所得计算结果与其他计算结果及试验结果的对比分析,发现连接刚度对梁的跨中挠度和柱顶水平位移的影响较大,对柱子的轴向位移影响不大.     

具损伤压电层合微梁的坍塌特性研究

以压电层合微梁为研究对象,基于连续介质力学理论和Euler-Bernoulli梁理论,在考虑其尺寸效应和损伤效应的情况下,推导了具损伤压电层合微梁的非线性动力控制方程.采用伽辽金法和龙格库塔法进行求解,分析了多种参数对微梁结构坍塌特性的影响.结果表明,考虑几何非线性项使得损伤微梁具有更高的坍塌阈值电压;控制电压、微梁长度等参数的变化均对损伤微梁的坍塌阈值电压造成影响.最后,采用有限元软件进行仿真模拟计算,验证了理论计算结果的合理性.本文所得结论对微机电系统压电层合微梁结构的设计具有理论指导意义.     

高墩大跨桥梁空间几何非线性分析

在杆系结构几何非线性理论的基础上,推导了在空间状态随转坐标系下从t时刻到t △t时刻,空间梁单元的运动中能真正引起单元变形的那部分节点位移增量表达式．采用空间梁单元模拟高墩、大跨桥梁实际结构,用面向对象的Visual C^ 6．0语言,编制了具有可视化界面的空间梁单元几何非线性有限元程序,并对工程实例进行了全桥线弹性和考虑几何非线性的静力分析,并说明了其几何非线性的影响程度．     

简支梁静力非线性分析

钢筋混凝土简支梁中钢筋和混凝土具有协同作用,它们在力的作用下共同受力和变形.通过对钢筋混凝土简支梁采用分离式有限元方法建模,模拟它们的共同变形.将考虑几何非线性影响下与未考虑几何非线性影响下梁的挠度,对比分析可得:几何非线性对梁的变形有较大影响.     

用分层Timoshenko梁单元分析RC斜拉桥的非线性地震响应

目的:对双塔单索面钢筋混凝土斜拉桥进行考虑几何非线性和材料非线性的地震响应分析。编制了相应的弹塑性分析程序,并与通常弹塑性分析方法的结果进行比较。方法:从材料的本构关系出发,用分层的Timoshenko梁单元模拟混凝土的弹塑性性能。结论:在设计烈度的地震荷载作用下,大跨RC斜拉桥表现出明显的弹塑性性能,而由缆索的垂度、初张力及结构的大位移等引起的几何非线性影响较小;用分层的Timoshenko梁能较好地模拟在强震作用下钢筋混凝土斜拉桥的弹塑性性性能。     

用分层Timoshenko梁单元分析RC斜拉桥的非线性地震响应

直接从材料的本构关系出发，用分层的Timoshenko梁单元模拟混凝土的弹塑性性能，对双塔单索面钢筋混凝土斜拉桥进行了考虑几何非线性和材料非线性的地震响应分析，编制了相应的弹塑性分析程序，并与通常弹塑性分析方法的结果进行了比较．结果表明：在设计烈度的地震荷裁作用下，大跨RC斜拉桥表现出明显的弹塑性性能，而由缆索的垂度、初张力及结构的大位移等引起的几何非线性影响较小；用分层的Timoshenko梁能较好地模拟在强震作用下钢筋混凝土斜拉桥的弹塑性性能．     

大跨悬索桥非线性随机静力分析

大跨度悬索桥结构具有显著的几何非线性行为．且存在材料特性、几何尺寸的随机性．先对缆索采用较小抗弯刚度参数的梁单元,对悬索桥进行确定性的几何非线性分析;然后采用响应面法进行非线性随机静力分析;最后针对1座大跨悬索桥,计算了在竖向活载作用下材料、几何尺寸的随机性对主梁跨中位移的影响．结果表明,结构随机性的影响十分明显．     

损伤对复合材料层板层间裂纹奇异性的影响

基于连续损伤理论,采用非线性多标量连续损伤模型和有限元法对含Ⅰ型裂纹的纤维增强复合材料层板的裂尖应力奇异性进行了分析·在计算中,应用了损伤与位移同时迭代的全耦合法,并考虑了几何非线性的影响·结果表明:有限元法分析含损伤裂尖应力场奇异性是有效的;在材料硬化阶段,含层间裂纹的层板裂尖前缘应力奇异性总是存在的;损伤演化、材料常数影响裂尖应力奇异性,当材料常数的变化使损伤增大时,将导致应力奇异性程度下降·     

高温下钢筋砼框架力学性能的数值模拟

运用虚功原理,推导建立了高温下钢筋混凝土的梁单元模型,编制了钢筋混凝土结构高温反应的全过程分析程序,考虑了高温下结构的几何非线性效应,程序的有效性得到了其他学者试验结果的验证.利用该程序对某轴力作用下的钢筋混凝土梁进行了高温反应分析,研究结果表明:(1)进行高温下结构反应的全过程分析时,有必要考虑几何非线性的影响;(2)轴力不变时,随着梁所承担的竖向荷载的增加,梁的跨中挠度逐渐增大,同时,随着竖向荷载的增加,几何非线性效应对梁跨中挠度的影响程度差别不明显;(3)竖向荷载不变时,随着梁所承担的轴力的增加,几何非线性效应使梁的跨中挠度逐渐增大;(4)是否考虑几何非线性对梁的耐火极限计算结果影响较大.     

考虑轴力的管线变形控制微分方程及其优化解

为计算地铁施工引起的既有管线附加变形,将地埋管线视为弹性地基梁,受到地层竖向和水平位移荷载作用,考虑管线变形的几何非线性,建立了管线变形的控制微分方程组.采用优化方法进行模型求解,进行了案例计算和离心模型试验.将有限元解和试验结果同优化解进行了对比,验证了优化方法的正确性.分析了地层水平位移和几何非线性对管线变形和内力的影响.结果表明:管土摩擦系数较小时,管线在开挖影响范围内全长受拉.管土摩擦系数较大时,管线在隧道开挖中线附近受压,在其余范围内受拉,在管线变形计算中应同时考虑压应变和拉应变.较大的地层沉降使管线变形呈现几何非线性,表现为管线竖向位移引起管线轴向伸长,且管线弯曲变形与轴向变形存在一定的相互影响.     

三维纤维梁单元增量非线性有限元分析

以三维连续体介质力学和虚位移原理为基础,推导了增量更新拉格朗日(UL)列式,此列式中保留了大位移增量刚度矩阵项,并对此刚度矩阵进行修正使其成为对称矩阵.根据增量UL列式,推导出小应变、大位移、大转动三维纤维梁刚度矩阵.该梁单元的刚度矩阵考虑了复合材料非线性、大位移、大转动高度几何非线性.该单元采用平截面假定,忽略剪切变形的影响,以轴线节点的位移表示截面上任意一点位移.根据以上理论编制了分析程序,通过对几个算例分析,证明该方法的精确性、通用性.     

各种边界条件下非线性弹性梁自由振动的响应分析

针对轴向载荷作用下各种边界条件的非线性弹性矩形截面梁,考虑梁的非线性效应,运用Galerkin原理,林滋泰德—庞加莱法,对梁进行了研究。得到其动力响应解,并针对轴向静载N和非线性材料参数B对位移响应及频率响应的影响进行了讨论。     

风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁系统耦合振动分析模型.以某大跨度钢桁梁桥为例,计算了静风及脉动风荷载的不同作用效应、风速及车速变化对桥梁位移极值的影响及桥梁几何非线性因素对结构分析的影响.结果表明,进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用,风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响,桥梁的线性及非线性位移时程曲线存在明显区别.