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,无虑各向同性经材料,基于Ｖｏｎ－Ｍｉｓｉｓ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。     

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.     

求解钢筋混凝土平面梁单元刚度的改进算法

提出一种在考虑材料非线性的有限元分析中根据荷载的大小求解相应单元刚度的改进算法.通过讨论Cranston方法求解钢筋混凝土平面梁单元刚度的原理和步骤,指出其在某些情况下可能出现迭代计算不收敛的局限性,提出采用加速搜索区间法和二分法相结合进行钢筋混凝土平面梁单元的求解.基于该方法编写考虑材料非线性的平面杆系有限元程序,并用算例进行验证.结果表明该方法具有良好的收敛效果,可以在Cranston方法失效时采用.     

空间薄壁梁完全拉格朗日格式几何刚度矩阵

根据Timoshenko梁理论和Vlasov薄壁杆件理论,通过设置单元内部节点,对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,建立了可以考虑剪切变形、弯扭耦合和二次剪应力影响的空间薄壁截面梁几何非线性有限元模型。以拉格朗日格式描述几何非线性应变推得几何刚度矩阵.算例表明所建立模型具有良好的精度,适用于空间薄壁结构的几何非线性有限元分析.     

钢管混凝土桁拱双重非线性有限元分析

提出钢管混凝土桁拱面内受力考虑材料与几何双重非线性的计算方法并编制了有限元程序 .有限元建模时采用空间梁单元 .材料非线性应用合成法钢管混凝土本构关系 .双重非线性采用混合法 ,应用该方法对一钢管混凝土桁拱的受力全过程进行分析 ,得出一些有益的结论 .     

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。     

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。     

损伤梁单元等效节点荷载的计算及应用

分析了基于有限元刚度法形成单元等效节点荷载的局限性,通过引入截面割线柔度,研究了基于有限元柔度法理论计算损伤梁单元等效节点荷载的方法.由于不需要迭代,该方法能与经典结构非线性分析体系完全兼容.采用自主开发的结构非线性分析软件,对钢筋混凝土框架结构进行非线性全过程分析.研究表明,考虑了损伤的梁单元等效节点荷载,可更准确地反映结构在强非线性阶段的实际受力情况,提高计算效率,改善结构非线性分析的收敛性和稳定性.     

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．     

考虑界面滑移效应的钢-混凝土组合梁新型非线性纤维梁单元模型

目的 提出一种新型的考虑钢-混凝土组合梁界面滑移效应的非线性纤维梁单元理论模型,用于此类结构加载至破坏全过程中弹塑性力学行为的高效分析.方法 根据钢-混凝土组合梁的结构特点,在传统纤维梁单元理论的基础上,引入钢梁与混凝土板之间的相对滑移变形模式,推导出考虑界面非线性滑移效应、钢梁与混凝土板材料非线性行为的新型纤维梁单元...     

基于第二代小波的杆、梁单元构造研究

针对第二代小波尺度函数无显式表达式的缺点,提出采用PsdVoigt2函数进行拟合的方法,根据小波有限元及第二代小波理论,利用第二代小波尺度函数取代传统有限元多项式插值函数,通过转换矩阵将小波插值系数转换到物理空间,构造出形函数,并利用该方法构造一系列杆、梁单元。通过不同算例对构造的第二代小波杆、梁单元进行精度验证。计算结果表明,构造的第二代小波单元在求解变形和应变时精度较高,丰富了小波有限元单元库。     

结构分析中的曲梁单元

综述了曲梁单元的发展.指出曲梁单元的非线性分析方面尚处于混乱阶段,而且有些学者认为直梁单元不能用于曲梁的非线性分析.通过三个实例表明了不同的曲梁理论对不同的结构、不同的受力条件,都有不同的适用性.最后通过编制的直梁单元的几何非线性程序,证明了直梁单元完全可以用于曲梁的非线性分析.     

动载作用下钢筋混凝土梁非线性有限元分析

国内外大型的有限元软件有许多,就动力非线性分析而言,大型通用有限元软件ANSYS有明显的优势.以Suidan和Schnobrich[1]的试验为比照,利用大型通用有限元软件ANSYS对钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟,其中,混凝土采用ANSYS软件中特有的SOLID65单元类型及其对应的材料模型CONCRETE,钢筋采用LINK8杆单元和随动硬化双线性弹塑性(Kinematic Hardening Bilinear Plasticity)模型来实现.计算结果与Suidan和Schnobrich预示的响应十分吻合,并较好地模拟了梁的压碎和开裂过程.验证了该数值模拟方法以及有限元计算模型的正确性,为动载作用下钢筋混凝土梁非线性有限元分析提供了一有效方法.     

单元解体法精确求解梁元无应力构形

基于非线性二阶梁柱理论及CR-UL全量求解方法,利用单元解体理论(几何法及零作用法)精确求解平面结构中梁元的完整无应力构形.利用目标构形几何信息及其对应的单元抗力直接求解梁元无应力构形基本参数;采用几何法直接进行坐标转换即得构件单元完整无应力构形;采用零作用法并利用无应力构形基本参数进行逆向计算亦可求解其完整无应力构形;编写程序对提出的两种方法进行了算法及最终结果的验证.结果表明利用几何法可在不建立结构有限元模型的条件下精确高效求解构件的完整无应力构形,利用零作用法亦可精确求解构件完整无应力构形,但需编写完善的几何非线性程序.     

悬索结构大位移分析改进的两节点索单元模型

基于非线性弹性理论,提出了适合悬索结构大位移分析的改进的节点索单元有限元模型,在 移函数的表达式中计及了索元自重垂度的影响,从而克服了目前悬索结构普遍采用的现代了点索元无法直接计及自重垂度影响的缺点。     

钢筋砼结构材料非线性本构关系及有限元法研究

随着工程结构问题研究发展的深入和电子计算机的迅速发展,非线性有限元法在钢筋混凝土结构分析中得到了越来越广泛的应用。与线弹性有限元法相比,非线性有限元法具有"全过程仿真"的特点。本文对钢筋砼结构材料非线性本构关系及有限元法的特点、研究进展、存在问题做了分析和评价;重点探讨了非线性分析中所使用的材料本构方程、材料非线性有限元分析方程和有限元程序的编制。最后对上述研究进行了概括并提出了应用前景。     

有限元复合单元的构造方法研究

传统有限单元法中每一种单元都由单一的材料组成,虽然只考虑一种材料的性质给软件编程带来了极大的方便,但是这比利用复合单元进行建模,需要更多的工作量。为此,笔者提出从4节点矩形单元与2节点线单元的虚功原理出发,运用能量方程,来整合两种不同单元。以VC++作为开发工具,利用等参元的特性,根据逆矩阵形函数构造方法编写平面单元的形函数程序,采用高斯数值积分方法,形成普通单元的单元刚度矩阵。然后根据线单元与面单元的节点位移编号,进行单元刚度的整合,进而得到一种包含面单元和线单元的复合单元。同时,通过对平面矩形单元和平面三角形单元与线单元进行复合,用得到的两种复合单元分别对悬臂梁作用端部集中荷载的简单算例进行位移求解,得到的结果与同等条件下ANSYS计算结果进行对比验证。结果表明:两种情况的计算结果都非常接近,复合单元的构造方法正确、可靠,同时也能够减少单元个数。     

建筑结构动力分析有限元模型

为了正确处理结构—地基动力相互作用 ,改善以往固定边界模型将地震能量全部陷入结构计算模型的不合理状况 ,以框架结构为例提出了建筑结构地震反应分析的有限元模型及其透射边界。模型中采用四结点平面应力等参单元模拟上部框架结构的梁柱构件。地基采用平面应变四结点等参单元离散 ,在地基有限元网格中设置底部透射边界和侧面捆绑边界以考虑结构—地基的动力相互作用。算例表明上述建筑结构地震反应分析的有限元模型给出了合理的结构地震反应 ,可进一步应用于地震时结构几何与材料非线性响应直至结构破坏时的计算机仿真。     

无粘结预应力混凝土梁非线性有限元分析

针对无粘结预应力混凝土梁中的预应力钢筋与混凝土之间没有粘结,二者应变不协调,采用传统的平均应变平截面假定理论无法正确分析梁的工作性能,给相关研究带来了一定困难的情况,采用非线性有限元分析的方法,从材料本构关系、单元选、模型建立等方面介绍了无粘结预应力混凝土梁的模拟分析过程,并将模拟分析结果与模型试验结果进行了对比分析,以供相关研究参考．     

基于X-SBFEM的非线性断裂数值模型研究

从非线性断裂力学模型的角度,开展准脆性材料(混凝土)裂纹过程区的有效模拟,是当前的研究热点之一.扩展比例边界有限元法(X-SBFEM)兼有扩展有限元法(XFEM)和比例边界有限元法(SBFEM)两种方法的优势,利用SBFEM求解裂尖段应力奇异性问题,利用XFEM模拟非裂尖段位移场不连续.为在X-SBFEM中增加非线性断裂模型,提出采用sideface力的形式,基于黏聚力模型,通过线性叠加迭代法来模拟准脆性材料(混凝土)裂纹过程区.最后,以数值算例——单边缺口的三点弯曲梁和四点剪切梁——模拟裂纹过程区能量耗散影响,验证了所提方法的精度与应用效果.