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.     

木结构产品物化环境影响的定量评价

为探索环境友好型建筑结构材料,运用生命周期评价方法,结合实地调研,得到了规格材、胶合木和定向刨花板3种木结构产品物化阶段的环境影响.研究表明,在单位体积3种木结构产品的物化环境影响负荷和不可更新资源消耗中,定向刨花板最大,胶合木其次,规格材最小.进而分析了规格材梁、胶合木梁和工字搁栅3种受弯构件的环境影响状况,结果表明,工字搁栅的材料使用效率最高,环境影响最小,其次是胶合木梁和规格材梁.该结果可作为包含木结构产品的建筑工程环境影响评价的基础数据.     

配筋形式对配筋胶合木梁受弯性能影响试验

目的提出3种新型的配筋方式,研究配筋形式对胶合木梁受弯性能的影响.方法通过普通胶合木梁、开槽配筋胶合木梁、开槽灌胶配筋胶合木梁和体外配筋胶合木梁等5组梁的受弯性能试验,对比分析配筋胶合木梁的破坏形态、极限承载力、荷载-挠度曲线、截面应变等试验数据.结果同开槽配筋胶合木梁相比,开槽灌胶配筋胶合木梁的受弯极限承载力提高了25%;体外下侧配筋胶合木梁受弯极限承载力提高了55%,其压区应变提高了33.5%,使受压区木材得到较为充分的利用.结论采用开槽灌胶配筋的方式弥补了梁底开槽对木材抗拉强度的削弱,体外下侧配筋的方式既保证了胶合木梁的完整,又使承载力得到进一步的提高.     

底部钻具组合三维静力分析的新方法

利用二阶埃尔米特插值函数把空间梁单元的结点自由度由６个扩充到８个,使井眼曲线的二阶导数连续,提高了计算精度。在１６自由度梁单元形函数矩阵和应变分析的基础上,推导了１６自由度梁单元的线弹性刚度矩阵、线弹性几何刚度矩阵和单元结点等效载荷列阵。考虑轴向力的非线性影响,应用该方法对底部钻具组合的钻头侧向力进行了线性分析。计算结果表明,考虑二阶导数的影响,可以提高计算精度。     

内嵌钢板销式连接胶合木梁短期受力性能

内嵌多块钢板销式连接是重型木结构最有效的连接方式之一,已越来越广泛地应用于木结构节点连接中.采用四点弯曲加载试验方法,对两根内嵌三块钢板销式连接胶合木梁短期受力性能进行了试验研究,其中一根梁的连接节点位于纯弯段,另一根梁的连接节点位于弯剪段.研究采用此类连接胶合木梁的力学性能、破坏模式以及连接位置对胶合木梁力学性能的影响等,并基于试验结果推导采用此类连接胶合木梁的极限承载力和挠度计算公式.试验结果表明:构件的极限承载力和跨中挠度与连接节点的位置有关,连接节点位于弯剪段胶合木梁的承载力大于连接节点位于纯弯段胶合木梁的承载力;理论计算结果与试验数据符合较好,可为木结构的设计和应用提供参考.     

碳纤维布加固指接木梁的强度性能

通过有限元分析木梁和指接梁的典型破坏特征,对不同构件的CFRP进行加固分析,得出提高指接木梁弯曲承载能力的加固模式.考虑材料线性和非线性本构关系,以及损伤因素对碳纤维布加固指接木梁的力学影响,利用ABAQUS 软件对指接点进行有限元分析,建立简化模型,设计出精确描述模型损伤行为和性能的数值方法.结果表明,运用CFRP加强材来增强木梁力学性能的方法有效,木梁的变形性能得到明显改善.     

碳纤维布加固指接木梁的强度性能

通过有限元分析木梁和指接梁的典型破坏特征，对不同构件的CFRP进行加固分析，得出提高指接木梁弯曲承载能力的加固模式.考虑材料线性和非线性本构关系，以及损伤因素对碳纤维布加固指接木梁的力学影响，利用ABAQUS 软件对指接点进行有限元分析，建立简化模型，设计出精确描述模型损伤行为和性能的数值方法.结果表明，运用CFRP加强材来增强木梁力学性能的方法有效，木梁的变形性能得到明显改善.     

2节点6自由度直梁单元

利用构造形函数的方法,得到了2节点6自由度直梁单元形函数表达式,运用变分原理,对梁单元的总势能进行变分导出梁单元的刚度矩阵和节点荷载列阵.以集中荷载作用下的Winkler基础梁为例,分别用2节点4自由度和2节点6自由度梁单元的有限元法计算了梁中点的位移和截面弯矩,计算结果表明:在相同精度的条件下,用2节点6自由度梁单元的有限元法有利于提高计算效率.图4,表1,参12.     

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.     

利用形函数性质产生直梁单元形函数的方法

利用形函数性质产生直梁单元形函数: 首先利用直梁单元形函数在其余节点上的性质构造在第j 个节点上包含待定常数的形函数表达式, 然后利用该形函数在第j 个节点上的性质, 求得在该节点上的所有形函数, 最后重复上述步骤可得到梁单元其余节点上的形函数. 以3 节点6 自由度直梁单元为例, 阐述了该方法产生形函数的应用, 同时也给出了2 节点6 自由度和2 节点8 自由度直梁单元的形函数. 与传统的方法相比, 该方法求解形函数的工作量显著减少.     

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.     

底部钻具组合三维静力分析的新方法

利用二阶埃尔米特插值函数空间梁单元的结点自由度由６个扩充到８个,使井眼曲线的二阶导数连续,提高了计算精度。在１６自由度梁单元形函数矩阵和应变分析的基础上,推导了１６自由度梁单元的线弹性刚度矩阵、线弹性几何刚度矩阵和单元结点等效载荷列阵。     

基于多因素耦合影响的薄壁梁材料非线性分析

综合分析了薄壁梁受轴向拉压、弯曲、剪切、扭转和翘曲以及轴力二次效应等耦合效应,根据Von Mises屈服准则及Prandtl-Reuss增量关系,推导出理想及强化弹塑性材料薄壁梁单元的增量本构关系.应用虚功原理,建立了薄壁梁单元精确模型的弹塑性增量刚度矩阵,并用高斯(Gauss)积分数值分析方法求得了该刚度矩阵,实现了薄壁梁多因素耦合影响下的材料非线性分析.通过与实体模型的算例比较,进一步验证了模型,说明该模型在薄壁杆系结构计算分析中,具有实体或其他模型无法替代的优点.     

火灾下基于纤维梁和分层壳模型的结构破坏机制分析

为分析混凝土空间框架结构在火灾下的反应规律及其破坏机理,基于已建立的纤维梁单元和混凝土分层壳单元的火灾破坏数值模型,通过在截面层次上来考虑构件截面的不均匀温度场分布及其材料非线性和几何非线性,并引入纤维梁单元截面形心结点与分层板壳单元结点的偏离以及位移协调条件来建立两者的连接模型,从而实现考虑楼板作用的整体结构火灾反应分析模型.最后,运用建立的模型对两个多层框架进行了火灾反应分析,分析了楼板和梁柱的相互作用规律及其破坏机制.结果表明,纤维梁单元模型和分层壳模型能够用于模拟钢筋混凝土结构的受火破坏过程,并且火灾发生的位置不同,结构的破坏机制也不同.     

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 .     

CFRP加固指状梁的数值分析（英文）

基于非线性本构关系和不同材料的特性,利用Ansys软件中的有限元分析,精确地模拟了指接木梁模型的损伤行为和力学性能.结果表明,CFRP增强了木梁极限承载力,且极限应力主要集中在CFRP材料上.     

CFRP加固指状梁的数值分析

基于非线性本构关系和不同材料的特性,利用Ansys软件中的有限元分析,精确地模拟了指接木梁模型的损伤行为和力学性能.结果表明,CFRP增强了木梁极限承载力,且极限应力主要集中在CFRP材料上.     

胶合木张弦梁弯曲性能试验及工程应用研究

为了进一步研究胶合木张弦梁(BSS)的力学性能,进行了10榀花旗松胶合木梁(2榀普通胶合木梁(B),8榀的张弦胶合木梁)的抗弯试验研究。结果表明:张弦梁可改善普通梁的脆性破坏模式,使上弦木梁的受压性能得到有效发挥,破坏表现出塑性特征,极限承载能力提高3倍以上。张弦梁的极限承载力及刚度与跨高比成反比,与垂跨比成正比,与腹杆数量成正比。初始预应力水平对承载能力的影响不明显,仅对刚度有贡献。结构破坏时的延性需要综合考虑各项因素。结合一项设计完成的50.4 m跨胶合木张弦拱结构实例,阐述关键连接节点及预应力取值等问题,并对整体结构性能进行了分析。研究内容可为胶合木张弦梁理论及工程应用提供参考。     

非线性剪力墙单元模型的改进及其应用

现有的钢筋混凝土剪力墙模型虽然求解精度高,但计算量大,各参数取值困难,不适合大型结构的弹塑性计算.在已有钢筋混凝土剪力墙模型基础上,基于非线性梁单元模型,建立了一种便于非线性分析应用的剪力墙模型,即由承受轴力及弯矩的竖直杆单元与承受剪切变形的剪切子单元组合而成的墙单元模型,推导了该模型的单元刚度矩阵.最后给出一个算例,并与试验结果比较,表明加入剪切弹簧的非线性墙单元模型具有较好的计算精度.     

自动炮支架作用原理分析

针对在小口径自动炮上使用的支架，将火炮身管和支架简化为空间多段有限元弹性梁单元，引入形函数矩阵描述梁单元的挠度，采用拉格朗日方程建立了考虑支架与身管耦合的有限元动力学模型。在有限元模型的基础上建立了数值计算程序并利用该模型分析和讨论了支架的作用原理，分析结果表明采用设计合适的支架将有助于提高小口径自动炮的射击精度。