压电智能薄壁结构电致材料和几何非线性建模与分析

随着压电智能薄壁结构在航空航天领域的广泛应用,对计算模型准确性的要求也越来越高.压电智能结构在强致动电压下会同时发生电致材料非线性和几何非线性,为了给压电智能薄壁结构的设计和应用提供更准确的模型,基于一阶剪切变形假设,同时考虑压电材料非线性本构关系以及多种几何非线性理论(包括冯卡门非线性、中等转角非线性以及大转角非线性),建立了压电智能薄壁结构在强致动电压下的几何非线性有限元模型,并通过已有研究的实验数据验证了模型的准确性.最后,基于电致材料非线性和不同几何非线性模型,进行了平板结构和半圆形压电壳体结构的仿真和分析,显示了同时考虑电致材料和几何非线性的必要性.     

考虑弯扭耦合的空间薄壁截面梁单元刚度矩阵

以 Bernoulli-Euler 梁理论和 Vlasov 薄壁杆件理论为基础,通过设置单元内部结点,对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,建立了可考虑横向剪切变形、弯曲和扭转的耦合及翘曲剪应力等因素影响的空间薄壁截面梁有限元模型.算例表明本文所建立的模型具有很好的精度,满足工程应用.     

有限元法研究闭口薄壁杆件约束扭转

基于乌曼斯基薄壁杆件约束扭转理论,利用刚性周边假定建立了闭口薄壁杆件约束扭转分析的一维离散有限元方法.同时利用ANSYS大型有限元软件作对比研究,分析了薄壁箱型梁的截跨比、截面相对厚度等几何特征参数对箱梁扭转变形的影响,并发现这两个参数的取值上限可以从0.1分别扩大到0.15和0.24.算例显示:一维有限元法不仅保持了很好的计算精度,而且计算模型更加简单、离散未知量大大降低.     

弹性扭转约束下矩形薄壁悬臂梁屈曲分析

针对远距离维护机器人关键结构件(矩形截面薄壁梁)轻量化、薄壁化设计后发生的屈曲问题,为避免薄壁结构件发生失稳现象,提出了基于瑞利-里兹能量变分法建立屈曲应力计算模型,以及基于弹性薄板理论构件容纳屈曲半波数、矩形几何尺寸和边界扭矩约束刚度等因素的数学模型的融合方法.将矩形薄壁梁简化为四个非载荷端承受弹性扭转约束的薄壁矩形板件,为矩形梁屈曲分析提供了一种实用方法.运用有限元方法对矩形薄板组成的悬臂梁进行仿真分析,所得结果与理论计算值具有一致性,验证了方法的正确性.     

薄壁空间钢结构的非线性分析

在有限元空间梁元模型的基础上 ,导出了考虑杆件约束扭转的薄壁梁元分析力学模型 .该模型的弹性刚度矩阵为 14× 14矩阵 ,几何刚度矩阵中考虑了轴力、剪力、双向弯矩和双力矩效应 .采用单元的有限分割法考虑了塑性沿杆件长度和截面的发展 ,实现了薄壁空间钢结构的弹塑性非线性分析 .数值算例的比较一方面验证了分析力学模型的正确性 ,另一方面反映了薄壁空间钢结构的约束扭转特性     

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．     

钢筋混凝土箱梁非线性有限元分析中几种C0型单元的探讨

结合钢筋混凝土薄壁箱形梁模型的试验研究，对钢筋混凝土薄壁箱形梁的非线性有限元分析方法进行了比较研究。对非线性有限元分析研究中比较敏感的影响因素进行了分析，并在此基础上提出了适合于钢筋混凝土箱形薄壁梁的非线性有限元分析模型。     

复合材料薄壁梁模态的有限元分析

采用有限元软件ANSYS对三闭室复合材料箱型薄壁梁以及复合材料翼型截面薄壁梁进行了模态分析.首先建立了复合材料薄壁梁的有限元模型,然后对这2种不同截面形状的薄壁梁分别进行了模态计算,讨论了铺层角度、长高比、宽高比对三闭室复合材料薄壁箱型梁的模态振型及固有频率的影响,并讨论了铺层角度、长度、铺层数对复合材料薄壁翼型梁的模态振型及固有频率的影响.     

六边形孔蜂窝梁的畸变屈曲

为解决六边形孔蜂窝梁畸变相关屈曲的问题,采用参数研究的方法,提出了一个有效的非线性有限元模型,在有限元模型中充分考虑了几何非线性和材料非线性,并且该有限元和已有的试验资料进行了对比分析,结果表明,该有限元模型具有足够的精确性,腹板畸变屈曲的出现导致了蜂窝梁极限载荷显著减少,翼缘的厚度对蜂窝梁的极限载荷影响最大,翼缘的宽度对蜂窝梁极限载荷的影响次之,高强钢材在以畸变屈曲为控制指标的蜂窝梁中的应用时不经济.     

双薄壁高墩曲线多跨连续刚构桥自振特性分析

为确定双薄壁高墩曲线多跨连续刚构桥的自振特性,以某双薄壁高墩曲线五跨连续刚构桥为实例,应用ANSYS有限元软件中的Solid 65实体单元和Beam 188梁单元建立该桥空间有限元计算模型,同时利用Midas/Civil建立大桥空间梁单元有限元模型,探讨不同软件、不同单元类型以及预应力张拉对双薄壁高墩曲线多跨连续刚构桥自振频率的影响,分析曲线桥梁结构的平曲线半径对双薄壁高墩曲线连续刚构桥的自振特性的影响,最后按照桥墩等线刚度的原则分析墩高对双薄壁高墩曲线连续刚构桥的自振特性的影响.计算结果表明:曲线连续刚构桥第1阶振动模态一般为纵飘;曲线桥梁结构动力特性及其力学行为的分析,建议选用可考虑翘曲的Beam 188梁单元模型;对于高等级公路中的曲线半径较大的双薄壁高墩曲线连续刚构桥,曲率半径对桥梁的自振特性影响很小;在保持墩线刚度不变的前提下,结构的自振频率随着墩高的增大而减小,可以通过优化墩的纵桥向厚度或双薄壁墩间距改善结构的整体刚度.     

考虑剪切变形的RC薄壁空心墩滞回分析模型

建立了考虑弹塑性剪切变形的钢筋混凝土薄壁空心墩抗震滞回分析模型,模型中以修正的压力场理论(modified compression field theory,MCFT)计算空心墩的剪切变形,并通过Ozcebe建议的滞回规则描述剪切滞回关系,以纤维单元模型模拟空心墩的弯曲变形,两者通过串联模型共同模拟试件在地震条件下的弯剪作用．〖JP2〗利用建立的数值模型对1个矩形和3个圆形薄壁空心墩试件的滞回曲线进行了模拟分析．结果表明,不考虑剪切变形的纤维单元模型模拟的滞回曲线与试验结果有较大的误差,〖JP〗难以准确模拟滞回曲线的捏拢效应和耗能能力,并可能高估薄壁墩的刚度和残余位移,而建议的模型很好地模拟了薄壁墩的滞回性能．     

分层正交各向异性板壳非线性有限元分析

采用三维退化等参中厚壳元和分层模型，建立了分析弹塑性和几何非线性各向异性板壳的有限单元法，为克服退化壳元出现剪切和薄膜自锁问题，采用９节点Ｈｅｔｅｒｏｓｉｓ单元并采用选择积分方法，文末算例表明所编程序的可靠性和通用性。     

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.     

薄壁箱梁剪力滞效应数值计算

运用有限元方法,采用板壳单元——Shell 63单元,对薄壁直线箱梁和薄壁曲线箱粱剪力滞效应分别进行了数值计算．将直线箱梁剪力滞效应的数值计算结果与变分法理论计算值及模型试验值进行了对比,三者吻合较好。验证了本研究数值方法的正确性．在有限元理论的基础上,进一步计算了曲线箱梁在静力荷载作用下的挠度、应力、应变及剪力滞系数值,分析了曲率半径等因素对曲线箱梁剪力滞效应的影响．计算结果表明,曲率半径对曲线箱梁的剪力滞效应影响较大．与直线箱梁相比,截面相同位置处的剪力滞系数随曲率半径的减小而增大,增幅远超过5％以上．因此在曲线箱梁的设计中应对曲率半径加以考虑．     

考虑跨中塑性铰的钢框架结构非线性分析

给出一种考虑跨中塑性铰的钢框架结构的非线性分析方法 ,该方法可以通过 1单元 /杆件来分析杆件上有分布荷载 ,从而可能会在杆件内部形成塑性铰的情形 .除此之外 ,该方法还可以考虑轴力的二阶效应、剪切变形、横截面塑化、残余应力、初始缺陷等几何和材料非线性因素的影响 ,既克服了塑性区法因单元划分过多而花费机时的缺陷 ,又弥补了塑性铰法不能考虑横截面塑化及仅在单元两端形成塑性铰的不足 .计算分析表明 ,结果令人满意 .     

基于UL法的曲线箱梁剪力滞的几何非线性方程

基于UL列式法导出了薄壁曲线箱梁考虑剪力滞的几何非线性方程。构造了薄壁曲线箱梁的剪力滞翘曲位移函数,给出了箱梁的位移参数和空间位移场。运用UL列式法建立了增量平衡方程,导出了弹塑性刚度矩阵和几何刚度矩阵。并对薄壁曲线箱梁剪力滞的几何非线性研究提供了一种新方法。     

应用SAP2000程序进行剪力墙非线性时程分析

为研究用于结构地震反应分析与抗震设计的剪力墙单元非线性性能的动力分析模型,对SAP2000程序中的Link单元进行了矩阵分析与力学参数研究。推导了SAP2000中Link单元的刚度矩阵,明确了各弹簧属性的物理意义,给出了弹簧线性等效刚度、相对转动中心高度和力位移关系的确定方法。对3个不同截面形状的剪力墙试件采用Link单元进行简谐动力荷载作用下的非线性时程分析的计算结果与清华大学土木工程系对这3片墙的拟静力试验得到的水平力位移滞回曲线的骨架线符合良好。这说明用Link单元可以较好地模拟剪力墙的动力非线性行为。     

斜拉桥悬臂施工阶段分离式钢箱梁的剪力滞效应分析

以荆岳长江公路大桥为研究背景,采用ANSYS软件建立了该斜拉桥主梁最大单悬臂、主梁最大双悬臂和悬臂施工2号梁段三个工况的分离式钢箱主梁的区段仿真模型.利用空间有限元法,针对悬臂施工状态下分离式钢箱的空间受力状态进行剪力滞效应的计算分析.研究结果表明,分离式钢箱梁在不同施工工况下,其顶、底板剪力滞系数分布规律不同;钢箱梁顶板在外腹板处剪力滞效应较大,并随着离开外腹板处,其剪力滞效应减小较快.在施工过程中,分离式钢箱主梁的同一截面会同时出现正、负剪力滞效应.     

薄壁钢箱梁考虑加劲肋构造剪力滞效应的计算

采用有限元方法对设置不同加劲肋的钢箱梁进行模拟计算,分析了各试件的应力分布并给出在不同构造情况下箱梁跨中截面顶板的剪力滞系数,表明在钢箱梁中加劲肋可以有效地减少剪力滞效应;根据有限元模拟计算出的不同构造情况下各试件的正应力值,并结合变分法公式提出了计算箱梁截面正应力的修正公式,有效地提高了计算精度。