大型结构最佳设计的一个解法

引言 快速电子计算机的出现、数学规划及有限元素法的进展,为结构最佳设计提供了必要的条件。对于满足刚度约束、强度约束、几何及工艺约束条件下使结构重量最轻的结构最佳设计问题,可行方向法有较快的收敛速度。可行方向法在对非线性约束(如刚度约束、强度约束)求偏导数时,需要花费大量的计算时间,它随着设计变量个数的增加而急剧地增长着,成为解决大型结构最佳设计的主要障碍。在一般中型电子计算机上,用数学规划法要解决设计变量个数为200～300的结构设计问题,就是一个很困难的问题。针对这个问题,本文在对非线性约束条件(刚度及强度)进…     

基于弹性约束的C型铆接框架有限元仿真

为了解决C型铆接框架刚度和强度的校核难题,提出了采用ANSYS有限元CAE软件对其进行强度和刚度的仿真校核。为了提高仿真结果的精度,本文提出了采用弹性支承代替传统的刚性支承约束C型框架固定端的方法,采用自由划分的SOLID四边形网格。仿真结果表明,采用弹性支承约束C型框架固定端的方法可行、精度高。     

基于OpenSees的屈曲约束支撑混凝土框架静力弹塑性分析

目的为给出合理的抗震设计建议,研究不同参数的屈曲约束支撑混凝土框架结构的抗震性能.方法对一个四层三跨的混凝土框架结构进行静力弹塑性分析.建立模型过程中,同时考虑材料的非线性,构件的几何非线性.在此基础上,分析外围钢管的刚度、夹层混凝土的强度、内芯软钢的刚度对混凝土框架结构抗震性能的影响.结果屈曲约束支撑外围套管的厚度对其抗震性能有着较大的影响,建议采用厚度为5 mm的钢管.不同约束混凝土强度对屈曲约束支撑抗震的性能影响:层间位移角相差不到10%,属次要因素,混凝土采用C20即可.结论屈曲约束支撑混凝土框架结构具有良好的抗震性能,屈曲约束支撑外围刚度对框架结构的抗震性能影响最大,内部约束混凝土的强度对其影响不大.     

板簧的改进中性面法柔体建模与刚度分析

针对采用中性面法在ADAMS中建立板簧柔体模型速度较慢、计算板簧刚度误差较大的问题,提出了改进中性面法的建模思想,将所有主簧简化为某个等效中性面的单片主簧,考虑骑马螺栓约束的前提下,将中性面按厚度基本相似原则分成若干等强度直线段,按板簧中性面上各段真实特性设定Beam单元参数来模拟这些直线段.以某渐变刚度板簧为例,应用...     

翼盒尺寸优化中的刚度约束法

翼盒为机翼主要承力部件,优化潜力较大,是机翼结构优化设计的重点对象。在翼盒结构尺寸优化设计阶段,考虑到计算效率和技术成熟度等因素,往往只重点考虑静强度和总体变形约束。优化结果存在不满足颤振和局部刚度要求的风险。基于刚度指标,通过HyperWorks脚本二次开发,建立了关联结构参数的机翼剖面刚度响应。实现了机翼结构尺寸优化设计中各站位处的刚度约束,为如何在机翼结构优化设计中考虑颤振刚度约束提供了新的方法。     

钢-混凝土组合梁负弯矩区弹性畸变屈曲分析

基于畸变屈曲是钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁的重要屈曲模式,钢梁下翼缘提供给钢梁腹板的转动约束刚度及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一,对工字形钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁腹板提供给下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度进行研究。采用利用能量法推导负弯矩区钢梁腹板对下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度理论计算公式,并结合弹性介质中的中心受压薄壁杆件的屈曲理论推导钢梁侧向弯曲屈曲及侧向弯扭屈曲临界应力计算公式,进一步获得相应的屈曲弯矩。结合工程实例对转动约束刚度、侧向约束刚度及屈曲弯矩计算公式进行分析及讨论。研究结果表明:钢梁腹板转动约束刚度及侧向约束刚度均与外荷载呈线性关系,同时两者还可能出现负值;本文屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果较吻合;现有屈曲弯矩计算方法存在一定理论缺陷,且不同计算方法所得计算结果偏差较大;本文计算公式形式较简洁,适于工程应用。     

桩支承混凝土底板约束收缩裂缝计算模型

为了对承受内外部约束作用的桩支承混凝土底板约束应力分布和开裂危险区域进行预测,采用直接刚度法建立了桩支承混凝土底板约束收缩裂缝计算模型,并编制了相应的计算程序.通过算例验证了计算模型中若干参数取值的合理性,并对参数进行敏感性分析.结果表明,混凝土底板约束收缩应力与地基土的弹性模量和不排水抗剪强度、混凝土收缩应变以及底板配筋率成正比,与板的有效宽度成反比.其中,混凝土收缩应变、底板配筋率和地基土弹性模量的影响较大,并据此提出了相应的防裂措施.     

转动弹性约束浅拱的2:1内共振非线性模态

采用多尺度法进行直接摄动构造一端转动弹性约束浅拱发生2:1内共振时的非线性模态。在线性频率/模态及形函数中考虑弹性约束边界的影响,分析约束刚度不同时浅拱非线性模态的频率/幅值及时空效应。研究结果表明:转动弹性约束的存在使得频谱上出现模态转向,模态与形函数不对称;内共振非线性系统存在单模态运动和耦合模态运动;转动弹性约束的存在导致最低2阶模态之间的2:1内共振被激发;非线性模态的频率/幅值具有显著的非线性效应,且不同约束刚度时动力形态呈现不同的时空效应。     

屈曲约束支撑力学模型对比分析

屈曲约束支撑分析中主要有两种力学模型:平滑非线性的Bonc-Wen模型和简单双折线的模型。为了对比分析这两种模型在结构中模拟屈曲约束支撑的区别,结合试验模型进行了非线性时程分析。根据屈曲约束支撑构造特点,基于串联刚度模型构造了支撑的力学公式,由于一般连接点区域刚度较大,通过假设连接段刚度无限大来简化力学模型。同时引入超强系数来修正支撑屈服力以体现对支撑芯材强度提高作用。基于一个两层单跨人字屈曲约束支撑钢框架的试验模型,应用SAP2000有限元软件,分别建立Bonc-Wen和双线性模拟的屈曲约束支撑,并进行非线性动力时程分析。通过分析得出两种模型的顶点加速度、层间位移、层间位移角的响应,并与实验结构进行对比分析。结果表明:总体上两种模型差距不大,但屈服刚度平滑过度的Bonc-Wen模型比屈服刚度突变的双折线模型模拟屈曲约束支撑更为接近试验结果。     

高耸工程结构基础约束刚度识别方法

在Rayleigh能量法和Southwell频率合成法的基础上导出了高耸工程结构复合振动基频计算公式,将基频表示成各惯性元和变形元所组成子系统的频率合成.在此基础上建立了结构基础约束刚度的识别方法,该方法利用结构固有基频和地基约束刚度的关系,只需测出结构顶端加载前后2种状态下的振动频率就可以估算出基础约束刚度.同时用标准实验证明了该方法的正确性.高耸工程结构复合振动基频计算公式计算简单,精度高,特别适用于识别桥墩和各种高耸建筑的基础约束刚度.     

考虑锯齿状节理的桩岩界面模型试验研究

针对嵌岩灌注桩嵌入软弱岩层的工况,考虑成桩过程中桩岩界面的剪胀效应,采用常法向刚度边界条件(CNS)模拟软岩对桩身的侧向变形约束,开展了模拟桩岩界面侧阻力发挥的室内大尺寸直剪模型试验.将桩-岩接触面的粗糙体简化为规则的三角形锯齿,根据不同的半波长分别制作了砂岩和混凝土试样,得到了剪切荷载、剪切位移、法向荷载和法向位移之间的关系曲线.试验结果表明,软岩锯齿的法向剪胀角随着剪切位移的增加呈非线性减小,且界面抗剪强度的发挥与法向约束刚度、粗糙体半波长和剪切位移等密切相关;同时,在考虑软岩表面锯齿的弹性压缩对界面剪胀角影响的基础上,采用幂函数拟合了软岩抗剪强度的经验关系式.最后,将试验结果与现有理论模型结果对比,表明了现有模型忽略桩岩界面剪胀角的非线性变化将高估嵌岩灌注桩侧阻力的发挥,这在实际工程中将偏于不安全.     

考虑边界弹性约束刚度的拉索参数识别

提出了由拉索实测振动频率同时识别出拉索索力和抗弯刚度的模态参数识别法。首先,在考虑边界弹性约束刚度基础上研究了拉索索力、抗弯刚度和频率之间的关系。然后,根据振动模态特点,得到索的等效长度。进而以拉索索力和抗弯刚度为模态参数,采用最小二乘法对模态参数进行识别,保证理论模型和实测模型之间的总误差最小。最后,通过算例进行验证,表明使用模态参数识别法能够精确的识别出索力和抗弯刚度。     

复合材料变刚度薄圆环板的轴对称屈曲分析

假定正交各向异性薄圆环板的抗弯刚度沿径向按照任意函数形式连续变化,基于经典板壳理论推导出变刚度薄圆环板轴对称屈曲问题基本方程,并采用加权残值法计算了周边弹性约束时变刚度薄圆环板的临界屈曲值.与已有文献结果进行比较,验证了该方法的正确性和有效性.通过数值算例研究了弹性约束、刚度面内变化等对正交各向异性变刚度薄圆环板临界屈曲载荷的影响,研究结果可为复合材料变刚度薄圆环板的分析及优化设计提供参考.     

长行程屈曲约束支撑拟静力试验

为研究长行程屈曲约束支撑(buckling restrained brace,BRB)的抗震性能,针对不同有效屈服长度比的屈曲约束支撑进行了拟静力试验研究,对比分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力、刚度退化和强度退化等性能指标.结果表明:高有效屈服长度比能够有效提高试件的极限承载力和极限位移;长行程屈曲约束支撑的延性系数为2.54～3.60,延性较好;有效屈服长度比对长行程屈曲约束支撑的刚度退化性能影响不大;高有效屈服长度比的长行程屈曲约束支撑,强度退化更稳定;抗震性能有所提高.     

刚性基底弹性转动约束矩形板各受载条件下屈曲分析

为探究对于刚性基底上边界不同弹性转动约束刚度矩形板的单侧屈曲行为,研究了在刚性基底上弹性转动约束矩形薄板四边受线性压力和均布剪力屈曲的问题.采用Rayleigh-Ritz法,依据不同受载情况的屈曲形变提出合适的挠曲面函数,由板屈曲时能量的变分推得临界屈曲荷载理论解.运用相关性稳定验算公式,获得薄板在弯-剪复合应力下的屈...     

屈曲约束折形叠合耗能器试验和模拟分析

在自复位结构中设置耗能器能够耗散地震能量、减轻结构构件的损伤,地震后更换耗能器即可快速恢复结构的抗震性能.文中提出一种采用高强螺栓装配到梁柱节点中的屈曲约束折形叠合耗能器,便于施工连接和震后更换.耗能器将节点的耗能集中在耗能芯板,通过附加约束装置防止芯板屈曲,同时耗能器能够作为梁翼缘的加强板以及节点的抗剪连接装置.对该耗能板进行轴向拉压试验,考察了其耗能能力、刚度、承载力和连接强度等,采用有限元软件ABAQUS进行模拟对比分析,结果表明,在保证连接装置强度的前提下,屈曲约束折形叠合耗能板具有较好的耗能能力和较高的刚度、承载力,能够作为装配到梁柱节点中的耗能装置.     

水平荷载作用下RC剪力墙有效刚度研究

采用MSC.Marc建立了钢筋混凝土剪力墙的精细有限元分析模型,并采用试验数据对分析模型进行验证.在此基础上,对有限元模型进行参数分析,研究了剪跨比、轴压比、纵筋强度、约束构件的配筋率、混凝土强度等5个参数对水平荷载作用下剪力墙有效刚度折减系数的影响.分析结果表明,相对于其他参数,轴压比是影响剪力墙有效刚度的主要因素.基于参数分析结果提出了一个计算剪力墙有效刚度的简化公式,简化公式计算结果与试验结果吻合良好,表明简化计算公式合理可靠,可供工程设计参考.     

混凝土在双向受压下力学性质的试验研究

采用大吨位等刚度双向加载系统,对混凝土立方体试块进行了双向和单向加载的试验研究。实验结果表明：在双向加载条件下,混凝土的破坏强度远大于单轴破坏强度;由于中间主应力的增加,约束了试件的横向变形,使1：l加载破坏强度大于双轴2：1加载破坏强度;总结了在最小主应力σ3=0的情况下,试件双向σ1—σ2关系。     

高速离心泵转子系统动态优化设计

目前高速离心泵转子系统动态优化设计一般多限于求在自振频率禁区约束下的转 子重量最轻问题，用数学规划法或准则法求解。本文对高速离心泵转子系统进行符合 工程要求的较全面的动态优化设计，采用有限元分析手段；以动柔度为目标函数（考 虑强迫振动），考虑自振频率禁区、转子强度和刚度等约束，采用作者提出的摄动逆 求法或者将其与数学规划法相结合的方法求解。以 ＣＹ型液下泵为实例，重分析 １～２ 次。本优化方法亦可推广用于其他机械系统动态优化设计。     

改善结构刚度矩阵性态的一个办法

一、引 言 由于客观条件限制,我们在承担《长途客车车身骨架强度研究》课题中所碰到的刚度方程不得不用迭代法求解.熟知,刚度方程系数矩阵──结构的刚度矩阵(已作过约束处理)是对称正定的.但异乎寻常的结构,其刚度矩阵往往是病态的.这给迭代法带来了困难,在计算机上,或者收敛很慢,或者根本就不收敛.我们把共轭斜量法试用于[1]中的空间刚架考题,迭代了五倍于方程阶数的次数,剩余向量还达不到精度要求.[2]指出,如果迭代了五倍于方程阶数的次数仍无效果,则再迭代下去也不会有新的效果.这表明,当系数矩阵病态时,在计算机上,共轭斜量法甚至不收…