薄膜充气梁有限元分析方法与结构特性研究

文章采用3种数值计算模型对薄膜充气梁进行分析研究.首先基于铁木辛柯梁线弹性分析理论,考虑充气压力效应,推导薄膜充气梁非对称单元刚度矩阵,采用稀疏矩阵存储,应用共轭梯度法求解有限元平衡方程,并用VC编程实现;然后提出了分别采用壳单元和预应力薄膜单元的非线性有限元分析模型,并给出了基于ANSYS的数值分析过程与方法;通过对...     

公路组合桥面钢桁梁桥整体式节点计算对比

钢桁梁桥在进行全桥有限元计算时,节点的精确模拟与否直接影响计算结果的准确性.传统空间梁单元模型只能反映结构的整体受力,不能反映局部详细应力分布,然而局部应力分布也是桥梁设计的重要依据.为了对比分析空间梁单元模型与精细组合单元模型节点刚性对全桥整体变形和应力分布的影响,以跨径90 m、桥面宽18m公路简支钢桁梁桥为研究背景,分别采用Midas Civil与ABAQUS有限元软件建立三维梁单元模型与精细组合单元模型.采用不同恒载与车辆荷载工况进行加载,对比分析了梁单元模型与组合单元模型相应杆件的应力分布与相对差值;最后通过实桥原位实验证明了精细组合单元模型计算结果的有效性.研究表明,三维梁单元模型简单易行,可以快速给出钢桁梁桥整体计算结果,而精细组合单元模型能够准确考虑节点刚性对于钢桁梁桥整体变形的影响,并给出关注部位详细应力分布.     

钢-混凝土组合空腹板架静力特性理论研究

钢-混凝土组合空腹楼盖是一种新的构造形式.结合一算例,利用 ANSYS有限元软件,建立了组合空腹楼盖的三种计算模型:空间梁单元与壳单元的混合元模型、空间壳单元模型、壳单元和块体单元模型三种理论计算方法,对这三种计算模型作分析对比,得到了静荷载作用下该类结构的内力分布规律及其他一些有价值的结论.     

非标准交接板梁组合结构的有限元建模新方法

讨论了两类比较特殊的非标准交接板梁组合结构-有相当横截面面积的筒形壳/管形状的梁与板壳单元的组合结构，指出对这些组合结构的常规处理方法可能导致板壳单元对梁单元变形约束的放松，造成约束刚度的低估和相应特征频率计算结果偏低的虚伪现象，利用MSC/NASTRAN结构有限元分析软件中的多点约束（MPC）法，提出了一种新的建模方法，可以很好地解决上述问题，通过两个算例验证了该模拟方法的有效性。     

预应力混凝土多梁式梁桥的非线性壳单元模型及极限承载力研究

本文研究了预应力混凝土多梁式梁桥的非线性壳单元计算模型,对多梁式梁桥进行了非线性全过程分析。采用弥散裂缝模式、Ottosen屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土开裂、屈服和压碎非线性性质后,引入实体退化壳单元理论,对混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,并根据位移协调性推求了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献,研究了一种非线性组合-分层壳单元计算模型,并编制了相应的三维非线性壳单元计算程序。结合破坏性试验资料可知,非线性计算结果与试验数据吻合良好,并对普通钢筋和预应力钢筋应力发展规律进行研究。研究表明对于预应力混凝土多梁式梁桥这类薄壁结构,采用本文提出的非线性壳单元计算模型来研究其非线性行为是有效的,此单元具有良好的数值稳定性和收敛性。     

钢-混凝土组合空腹夹层板几种有限元模型的对比研究

为了比较钢-混凝土组合空腹夹层板3种常用的有限元模型的计算结果,建立了考虑材料非线性的壳-实体精细化模型和两种梁-壳混合模型。以30块精细化程度不同的正交正放钢-混凝土组合空腹夹层板数值模型为例,并考虑剪力键节点尺寸及表层混凝土板厚的变化进行有限元参数化分析。找出了简化数值模型和精细化数值模型对于竖向挠度、自振频率等计算结果的差别,并提出了基于结构层次和构件层次的修正方法。在工程数值分析中,想要得到更好的精度,应采用精细化的有限元模型,或对简化数值模型结果进行修正。     

舰船推进轴系动力学建模及冲击响应分析研究

为了探究在冲击载荷作用下的轴系冲击响应特性,在对某舰船推进轴系系统组成特点和喷泵、齿轮和联轴器等元件进行分析的基础之上,建立了三维有限元模型和有限梁单元模型;同时根据梁单元和冲击理论,推导得到有限梁单元模型对应的冲击响应运动方程.分别采用有限元法和数值分析方法,对轴系两种模型进行模态计算与分析;同时对轴系进行冲击载荷响应计算与分析,由于有限元模型可以采用参数化建模,可以替代有限梁单元模型的简化及迭代计算过程,提高了轴系在设计阶段轴系抗冲击载荷的模拟仿真计算的效率.     

在非黏性流体域中微悬臂梁振动的建模与仿真

借用欧拉-伯努利梁理论推导并计算出微悬臂梁在真空中的共振频率，根据非黏性理论经典模型分别计算出微悬臂梁在不同密度的流体中的共振频率.然后在有限元软件ANSYS(16.0)仿真环境下，采用solid45-fluid30和shell63-fluid30两种单元组合建立微悬臂梁在流体域中的三维模型并进行模态分析.最后将仿真结果与相关研究者已发表的实验与理论数据进行对比，在此基础上通过实验来验证新型有限元模型的正确性.通过有限元和实验的方法进一步验证了非黏性流体的密度是影响微悬臂梁共振频率变化的主要因素.     

基于Ottosen准则的PC多梁式梁桥全过程分析

为了对预应力混凝土(PC)多梁式梁桥进行非线性全过程分析,采用弥散裂缝模式、Ottosen屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土的开裂、屈服和压碎等非线性变化,引入实体退化壳单元理论,对混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,并根据位移协调性推导了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献,提出了一种非线性组合―分层壳单元计算模型,并编制了相应的三维非线性壳单元计算程序.结合破坏性试验资料可知,非线性计算结果与试验数据吻合良好,极限荷载的相对误差约为0.13%;同时,普通钢筋和预应力钢筋应力发展规律的研究表明,对于PC多梁式梁桥这类薄壁结构,采用文中提出的非线性壳单元计算模型来研究其破坏全过程是有效的,此单元具有良好的数值稳定性和收敛性.     

单箱三室连续-刚构箱梁桥的剪力滞效应

根据一座单箱三室连续-刚构组合桥梁,考虑桩-土相互作用分别建立了变截面三维梁单元和三维实体、板壳单元组合两种有限元模型,分析了桥梁在均布荷载和集中荷载作用下的剪力滞效应,并讨论了两种计算模型对动力特性的影响.结果表明,在均布荷载与集中荷载作用下箱梁的剪力滞效应明显不同,对于地震时程反应分析而言,采用变截面三维梁单元模型计算效率较高.所得的分析结果对指导这类桥梁的设计具有重要的工程实用价值.图7,表2,参8.     

基于壳梁组合单元预应力混凝土梁非线性响应

基于壳梁组合(SBC)单元,建立了预应力混凝土T梁非线性分析模型,并对其进行了破坏全过程研究,对梁体刚度折减、预应力筋应力重分布规律等进行了分析.基于分层壳单元和梁单元计算模式,对预应力筋采用SBC单元模拟,有效地模拟了预应力筋的空间预应力作用,对普通钢筋和混凝土采用分层壳单元模拟.采用Owen准则等描述了预应力混凝土T梁的屈服等材料非线性效应,并研制了相应的非线性计算程序.研究结果表明,该方法的计算结果与试验梁的试验结果吻合良好,非线性SBC单元方法用于预应力混凝土T梁分析是合适的,为此类工程薄壁结构的评定分析提供了一种较为有效的计算方法.     

单箱三室连续-刚构箱梁桥的剪力滞效应

根据一座单箱三室连续-刚构组合桥梁,考虑桩-土相互作用分别建立了变截面三维梁单元和三维实体、板壳单元组合两种有限元模型,分析了桥梁在均布荷栽和集中荷载作用下的剪力滞效应,并讨论了两种计算模型对动力特性的影响．结果表明,在均布荷载与集中荷载作用下箱梁的剪力滞效应明显不同,对于地震时程反应分析而言,采用变截面三维梁单元模型计算效率较高．所得的分析结果对指导这类桥梁的设计具有重要的工程实用价值．     

组合空腹梁静力特性的理论研究

提出了组合空腹楼盖的一种新的构造形式。建立了空间梁单元与壳单元的混合元模型、空间壳单元模型两种理论计算方法，对组合空腹楼盖的组成单元—组合空腹梁做了详尽的理论分析研究，得到了静荷载作用下该类结构的内力分布规律及其他一些有价值的结论。     

固定管板式热交换器应力分析

 管壳式热交换器因其可靠性高、适用性广泛成为很多工业部门中应用最广的热交换器。常规设计采用GB 151—1999《管壳式换热器》中当量等效近似方法,该当量等效力学模型和实际结构存在较大差异,尤其对于大型高参数热交换器,若无法应用常规设计方法,必须进行分析设计。有限元方法是最常见的分析设计方法。本文应用ANSYS通用有限元软件,对某实验台用热交换器建立了有限元模型,模型分别采用实体单元和梁、壳单元对固定管板式热交换器的壳体、管板和换热管所构成的固定连接结构进行了应力分析研究,以及温度载荷和压力载荷同时作用下的有限元分析。在实验台上进行与有限元分析中引用载荷相同的温度和压力载荷进行实验,并将实验结果与有限元分析结果进行比较,研究表明采用梁、壳单元或实体单元均能获得较精确的结果。考虑到热交换器的建模难度、工程精度需求和计算时间,对于大型高参数热交换器有限元分析采用梁、壳单元进行模拟,既可保证计算精度,又可降低建模难度,是切实可行的处理方法。     

弹性地基Timoshenko梁单元在ABAQUS软件中的应用

利用ABAQUS软件中的自定义单元接口,采用Fortran语言开发弹性地基Timoshenko梁单元程序.通过与经典解的比较,验证所编弹性地基Timoshenko梁单元程序的准确性.该单元不仅考虑了地基弹簧受拉脱开的特点,而且还考虑了曲形梁单元内结点不在一条直线上的特点.采用所编写弹性地基梁单元分析青草沙原水过江输水工程,计算规律与已建类似工程实测结果相同.     

复杂受力状态下密肋复合墙体框格有限元模拟

基于通用有限元计算分析软件并结合自定义材料子程序模型,对水平往复荷载及轴压力下的密肋复合墙体框格试件进行了梁式建模、壳式建模及梁壳式建模方式下的数值模拟.基于不同有限元建模方式,混凝土材料模型分别选用汪混凝土本构模型和经典混凝土弹塑性+断裂本构模型,而钢筋材料模型统一采用汪钢筋本构模型.通过计算结果与试验结果的对比分析,探讨了影响往复荷载下密肋复合墙体框格数值模拟的主要因素.     

双柱悬索拉线塔的精细化模拟及模型分析

基于有限元软件ANSYS,建立了双柱悬索拉线塔的壳单元精细化有限元模型和常规梁单元模型,在试验工况下模拟拉线塔主、斜材杆件应变随荷载加载等级的变化,并将两种模型的模拟结果与试验结果对比,同时也比较了两种有限元模型对结构整体响应的影响.结果表明:壳单元模型对拉线塔主、斜材应变的模拟结果均与试验结果吻合较好,梁单元模型对主材应变的模拟结果与试验结果吻合较好,对斜材应变的模拟结果与试验结果误差较大;上述两种有限元模型对双柱悬索拉线塔的宏观响应指标的影响较小,对杆件内力的影响较大.     

基于ABAQUS的各向异性复合材料梁的分析研究

基于大型有限元著名软件ABAQUS,对复合材料梁有限元分析进行了研究.以承受均布荷载的悬臂梁作为实例进行分析,根据Lekhniskii的各向异性弹性理论应力解答,推导得出梁弯曲轴线的方程,然后把有限元数值计算结果与各向异性弹性理论解答对比分析,验证ABAQUS对复合材料梁建模分析的正确性,并讨论材料各向异性、材料弹性主轴方向以及高跨比对结果的影响.     

螺旋桨桨叶固有动力特性方法研究

应用有限元与边界元结构合的湿模态法对浸入静水域中螺旋桨桨叶进行固有动力特性研究,编制了３种单元组合模型与流固耦合计算分析程序;实桨计算结果与桨叶固有频率激振试验结果比较表明,计算值与实测值基本吻合,所采用的块体元、过渡元和厚壳元３种单元组合形成的有限元离散模型和Moriono双曲面元法在计算精度和计算效率方面比块体和厚壳有限元模型有所改善。     

压电层合板的三维有限元分析

从弹性理论和压电学理论出发,根据三维有限元理论,采用空间等参单元,导出了压电层合板的整体刚度矩阵,并利用材料的物理和几何关系,对压电层合板的应力和变形做了计算与分析。给出了数值算例并与已有的解析解计算结果做了比较和分析。计算表明其结果具有较高的分析精度。