模拟求解任意截面杆扭转的化复为单有限元方法

根据柱体扭转问题的应力函数理论,采用空心材料刚度弱化思想,提出“化复为单”的有限元近似离散与计算新方法,建立了求解具有任意横截面形状的扭杆扭转问题的二维通用有限元方法.并根据稳态热传导问题和扭转问题的控制方程形式上的相似性,利用现有的有限元分析软件通过分析热场,模拟求解了扭转问题.数值计算结果表明,该方法概念简单、通用性强、适用于任意截面扭杆,是一种分析任意直杆扭转问题的应力和抗扭刚度的有效方法.     

多连通任意截面杆件扭转问题的有限元法

根据杆件扭转问题的应力函数理论,构造了以横截面为求解区域的二维有限元法,并采用虚单元法和同值节点法解决了多连通域的计算问题。该方法适用于任何截面的杆件,为计算复杂截面杆件的扭转刚度和应力提供了有效手段。     

各向异性杆扭转问题的各向同性化边界元分析

提出了采用扭转函数和应力函数求解各向异性杆扭转问题的各向同性化边界元法 ,导出了其基本方程和边界条件 ,并给出了坐标变换式 .利用各向同性杆扭转问题的简单基本解 ,按边界元法求解 ,经逆变换得到所需的应力分量和位移分量 .扭转函数法尤适用于多连域和求截面翘曲 ,并可消除区域积分 .算例表明 ,该方法简单有效     

椭圆型柔性铰链闭式扭转柔度研究

针对变矩形截面梁扭转柔度难以解析求解问题,基于矩形截面梁扭转柔度公式及利用微分和积分思想,采用非线性曲线拟合方法得到了可用于推导变矩形截面梁闭式扭转柔度的设计公式,解决了变矩形截面梁扭转柔度不可积或可积情况下精度较低的问题,并用于解析推导椭圆型柔性铰链闭式扭转柔度公式.通过数值算例和有限元对闭式解析结果进行验证,并分析了结构参数对柔性铰链扭转柔度的影响,结果表明:闭式解与数值解结果一致,与有限元结果相比相对误差小于7.5%,且当铰链宽度和最小槽口厚度较小时对扭转柔度的影响较大,从而为变矩形截面柔性铰链受扭转力矩时的尺寸优化及结构设计奠定理论基础.     

等截面直杆扭转问题的进一步研究

首先给出计算弹性矩形截面直杆扭转问题的一种新方法,并采用矩形膜振动位移函数来求解该问题的应力函数,该方法简单易行、精度高,然后采用了特殊坐标变换式解决了求解任意多边形截面的等直杆扭转问题,使扭转问题处理统一化,便于应用,以上两方面研究对工作结构计算都有很高的实用价值。     

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.     

带裂纹扇形截面柱扭转时应力强度因子计算

采用计算柔度法对带径向裂纹的扇形截面柱体的扭转问题进行了研究 在引入扭转共轭调和函数 ψ后 ,将裂纹柱体的扭转问题归结为Dirichlet问题 ,应用有限差分法和Gauss-Seidel迭代法求解 用Simpson积分公式计算抗扭刚度系数 最后通过能量释放率与柱体柔度随裂纹长度的变化率之间的关系得出应力强度因子 ,使问题得以解决 在文中计算了扇形截面的边裂纹的多个实例 本文使用的方法 ,理论推导简洁、计算方法简单、适用范围广 ,基本上对于任何截面形状的含径向裂纹的柱体扭转问题均可求解     

弹性阶段单箱双室梯形结合梁弯扭效应分析

为了研究单箱双室梯形结合梁在偏心竖向荷载作用下的弯扭效应,根据受力平衡原理,给出了偏心竖向荷载的分解方法,以哈大线某铁路结合梁为例,将偏心列车荷载分解为独立的弯曲荷载、刚性扭转荷载和畸变荷载,并采用有限元对各独立荷载作用下的应力进行了分析,主要结论为:单箱双室梯形结合梁在偏心列车荷载作用下以弯曲正应力为主；扭转荷载包括刚性扭转荷载、第一畸变荷载和第二畸变荷载,扭转正应力和第一畸变正应力均沿截面横向呈反对称分布,第二畸变正应力呈正对称分布,第一畸变应力为主要畸变应力；横隔板对扭转应力影响较小,但对第一、第二畸变应力均影响较大.     

带裂纹扇形截面柱扭转时应力强度因子计算

采用计算柔度法对带径向裂纹的扇形截面柱体的扭转问题进行了研究,在引入扭转共轭调和函数ψ后,将裂纹柱体的扭转问题归结为Dirichlet问题,应用有限差分法和Gauss-Seidel迭代法求解,用Simpson积分公式计算抗扭刚度系数,最后通过能量释放率与柱体柔度随裂纹长度的变化率之间的关系得出应力强度因子,使问题得以解决,在文中计算了扇形截面的边裂纹的多个实例,本文使用的方法,理论推导简洁、计算方法简单、适用范围广,基本上对于任何截面形状的含径向裂纹的柱体扭转问题均可求解。     

拱坝应力分析中的有限元内力法

提出了拱坝应力分析的有限元内力法.该法首先按常规方法建立拱坝及地基在水压力、自重等荷载作用下的有限元平衡方程，求解结点位移和单元应力，然后将坝体分解为拱系和梁系，根据拱和梁的内力平衡条件求解指定截面上的约束内力，并进而求解相应截面上的内力（弯矩、轴力、剪力等）和坝体内任一点的等效应力.文中推导了相应的计算公式，并通过对典型的圆筒拱坝和拟建的某高拱坝的应力分析说明了该方法的正确性.     

配体外预应力钢束的曲线箱梁桥抗扭设计

为了抵抗曲线箱梁桥的扭转效应、改善结构的受力状态,在不增加预应力钢束数量的前提下,提出一种利用体外预应力钢束形成空间抗扭作用的方法.基于空间解析几何关系推导了体外预应力扭矩计算公式,以此建立了以最小扭矩为目标的体外预应力钢束的抗扭设计流程,并利用非线性规划方法给出钢束最优平面线形参数的数值解法.分析结果表明,与体内预应力钢束相比,通过合理的体外预应力钢束空间布置,能大幅降低扭矩峰值,抗扭效果明显,且不影响抗弯、抗剪能力;扭矩计算数值解与有限元分析结果吻合良好,能方便地用于实际设计.     

基于工程测试的托圈扭力杆装置有限元应力分析

扭力杆装置作为转炉倾动机构的重要组成部分,承载着负载的动静载荷,容易出现结构应力变形损坏.采用工程测试的方法对倾动机构进行倾动力矩的测量,转化为扭力杆装置的作用力作为边界条件,通过有限元分析的方法计算了扭力杆装置的应力,结果表明,扭力杆装置最大应力为389.623 MPa,小于材料许用引力,满足使用要求.     

钢筋混凝土结构数值模型的改进

概述了钢筋混凝土结构有限元模型，针对有限元法模拟钢筋和混凝土两种介质交界面上不协调位移的不足之处，引入界面应力元法，分析了钢筋混凝土结构中界面问题的特点，提出了用界面应力元法模拟钢筋混凝土结构的建议，并对界面元法的实施方法作了阐述。     

基于集中铰-纤维模型的小半径曲线桥地震反应

在地震作用下,曲线桥因其几何不规则性会产生扭转作用。因此,曲线桥的桥墩就会受到压-弯-剪-扭耦合受力而发生复杂的破坏形式。本文以一座匝道桥为工程背景,采用集中铰-纤维模型对曲线桥进行了有限元建模。探究了曲线桥的有限元建模方法,之后研究了不同墩高以及不同桥墩布置型式对曲线桥抗震性能的影响。研究表明：相比于纤维模型,集中铰-纤维模型更适合曲线桥桥墩的模拟。同时墩高的改变对桥墩的受力有显著的影响,等高型式下桥墩受力随墩高的变化规律与变墩高型式下并不一致。同一高度的桥墩在不同布置型式下的受力也有明显的区别。     

正交各向异性杆扭转问题的各向同性化边界元分析

为正交各向异性杆简单扭转问题提供一种简单边界元解法，引入坐标变换，将该问题转化成相应的各向同性杆的扭转问题，利用后者的简单基本解，按边界元法求解，经逆变换得到所需的应力分量，算例表明了这一方法的有效性。     

高速铁路跨度40 m双线混凝土简支箱梁的约束扭转效应分析

为分析高速铁路跨度40 m双线混凝土简支箱梁桥约束扭转效应,采用薄壁箱梁约束扭转的理论解析法,建立列车活载作用下的约束扭转微分方程,结合ANSYS软件的精细数值模拟结果,对比研究了箱梁在约束扭转下的扭转角、翘曲双力矩、约束扭矩等力学参数的变化规律,研究了腹板倾角、高宽比和悬臂板宽度等计算参数对约束扭转应力的影响规律。结果表明：扭转角在跨中处达到最大,翘曲双力矩在1/4跨、1/2跨处峰值基本一致,约束扭矩在跨中处达到最大值。板壳有限元解与解析解的计算结果存在一定差异,且翘曲正应力在腹板和底板相交处最大相差为66.6%,有限元解更为精确。简支梁跨中截面悬臂端的翘曲效应最明显,翘曲比例系数可达9.16%。翘曲应力总体随高宽比、腹板倾角的增大而减小。     

用热场模拟应力函数场进行扭杆拓扑优化

基于稳态热传导问题和等直截面杆扭转问题控制方程形式上的相似性,利用现有的有限元分析软件,通过求解热场解决了扭转问题,并以此为基础,建立扭转问题的优化模型,采用罚函数法,对扭杆的横截面进行拓扑优化。最后,给出实例说明了该方法的可行性、可靠性和高效性。