基于多尺度模型的单层球面网壳结构静力稳定性分析

网壳等大跨度空间结构在实际工程中得到广泛运用,静力稳定性是结构安全分析的重要内容之一。为研究静力荷载作用下网壳结构的稳定性,以单层球面网壳结构为研究对象,基于多尺度有限元建模方法,通过分别采用薄弱区域节点细化模型、薄弱区域杆件细化模型和全梁单元模型对结构在静力荷载作用下的稳定性进行分析。结果表明,杆件细化与节点细化的多尺度模型可以跟踪杆件的局部凹陷和节点变形等,更接近实际,在结构静力稳定性的数值模拟方面具有更高的准确度。     

多尺度有限元建模与分析的部分混合单元法

提出一种用于结构多尺度有限元建模与分析的部分混合单元法,实现整体宏观模型与局部精细化模型边界条件的直接传递.将宏观模型的一部分附加建立到精细化模型的周边,该部分单元外侧边界节点的相对坐标与宏观模型一致,从而根据节点坐标对应施加整体分析获得的节点力或节点位移;该部分单元内侧边界的低维度单元与精细化模型的高维度单元之间采用多点约束或基于面约束的线-面接触单元连接,以保证不同尺度模型在界面的变形协调.通过组合梁算例分析表明:部分混合单元法的位移计算结果与目标解精确符合,应变计算结果在断面中心处误差为0.3%~4.4%,在断面侧边缘局部小范围最大误差约7.9%,该方法相对于整个结构的多尺度混合单元模型,在保证计算精度的同时,大大减轻了建模工作量和计算成本.     

垃圾炉渣力学性质的颗粒流模拟

基于离散单元法理论和PFC3D软件,采用平行胶结模型来模拟炉渣中的胶结作用,建立了城市垃圾炉渣的细观颗粒模型。将模型细观参数和材料宏观力学性质联系起来,标定了模型的细观力学参数,将数值模拟结果和室内试验数据进行了对比。结果表明:离散元方法可以较好的模拟炉渣的应力-应变变形关系;细部结构调整的变化速率是影响模型受力变形机制的主要因素;改变边界刚度,分析了边界刚度对剪切强度参数和压缩模量的影响。从细观角度揭示影响炉渣强度的因素,对离散单元法的应用有一定的价值。     

基于多点约束的多尺度混合试验界面连接方法与验证试验

针对现有计算单元难以精确模拟结构局部复杂力学特性的问题,提出一种集成试验单元的多尺度混合模型构建方法.在不损失界面自由度的前提下,利用多点约束法实现了ABAQUS多尺度壳单元和实体单元分别与单柱试验单元的界面连接;基于Open Fresco平台,以底层中柱为试验单元进行了两层两跨平面钢框架的多尺度抗震混合试验,与有限元对比分析表明:多点约束法能够有效地实现不同尺度单元间的边界变形协调;试验单元能够真实直接地模拟结构重要部位的受力特性;在满足工程应用精度的前提下多尺度混合模型能够节约计算资源和时间,为改进结构抗震分析可靠性提供了新的研究手段.     

机织物悬垂屈曲的数值模拟

开发虚拟服装试衣系统需模拟织物的悬垂和屈曲，而采用正交异性力学模型不适合织物．为此，笔者基于织物的细观力学模型，用有限元方法来模拟方形织物片铺在圆桌面上的悬垂和屈曲，该细观模型描述了织物由于其细观编织结构而特有的力学性质．织物片用8结点壳单元离散，这种壳单元被特别设计，能描述织物片在悬垂中发生的大转动．对织物片的屈曲模态进行了分析，对其后屈曲变形进行了计算，也进行了方形织物片的悬垂和屈曲实验．模拟结果和实验的观测结果很一致．该研究为虚拟服装试衣系统的开发奠定了基础．     

川中红层岩体结构裂隙发育特征及多尺度分析

四川盆地红层岩体宏细观裂隙发育,是影响其卸荷变形、吸水风化膨胀和工程特性的控制因素,近年来出现的多起高速铁路深挖红层路堑型路基持续超限上拱变形病害与此有关。为了解红层软岩裂隙发育特征,在原位岩体所有节理裂隙进行现场调查和测量统计基础上,采用统计岩体力学的方法,从不同尺度对岩体结构裂隙进行了深入系统的分析。结果表明,大尺度裂隙多为原生沉积层面,显示地层相变明显;中尺度和小尺度裂隙多为构造及剥蚀卸荷非协调性变形引起局部复杂应力场共同作用所致,深路堑开挖卸荷加剧了张性裂隙发展,以细观尺度裂隙为主,两种尺度裂隙长度分布均符合负指数模型,发育优势方向多垂直于层面,与基于岩体宏观结构面特征的分析结果吻合;该模型可以应用于工程实际,通过易于测绘统计的中尺度裂隙的发育特征分析,建立红层岩体整体形成的地质环境模型及裂隙结构框架,进而对红层岩体力学特性和红层工程岩体变形及稳定性进行更客观的评价。     

特高压直流输电塔多尺度模拟与节点分析

为了较准确地分析特高压直流输电塔节点的受力性能,将实体单元模型和梁单元模型连接,建立输电塔多尺度有限元模型。通过与TTA模型、刚架模型及真型塔试验结果的比较分析,验证了多尺度模型的合理性。然后关注一种试验工况,利用多尺度模型对铁塔的一个关键节点进行非线性分析。结果表明,该塔破坏前,铁塔斜材已产生了局部屈曲,多尺度模型能够较真实地模拟节点板及连接杆件的受力状态,计算结果与试验数据吻合良好,可以对铁塔结构设计及试验研究提供参考。     

基于多尺度分析的混凝土随机损伤本构关系

通过多尺度能量积分与能量损伤表达建立宏-细观尺度之间的联系,即混凝土宏观尺度的损伤演化可以通过细观单元的分析获得.根据随机细观单元的数值分析结果,积分得到基本细观单元能量的演化,分别计算受拉与受剪损伤的演化曲线.建议了实用的损伤演化公式,并基于基本单元分析获得随机损伤发展参数的均值、标准差及其概率密度分布.混凝土宏观试验的模拟结果验证了多尺度随机损伤本构模型的正确性.     

镁合金弹塑性多尺度模型单向拉仲数值分析

针对含孔洞镁合金材料的宏观力学性能、变形破坏机理，采用多尺度方法建立了准确的镁合金体胞有限元模型，并利用所发展的多尺度本构模型，结合有限元方法获得了在宏观拉伸载荷下材料的局部和宏观特性。多尺度方法分析细观单元体的变形结果表明，随着宏观载荷的增加，宏观上显示出的差异非常微小，但是在细观单元体的变形过程中明显观察到，随着载荷步的增加，含长方体形孔洞的塑性变形能力逐渐递减，且应力集中现象比含圆柱形孔洞的细观模型明显。     

镁合金弹塑性多尺度模型单向拉伸数值分析

针对含孔洞镁合金材料的宏观力学性能、变形破坏机理,采用多尺度方法建立了准确的镁合金体胞有限元模型,并利用所发展的多尺度本构模型,结合有限元方法获得了在宏观拉伸载荷下材料的局部和宏观特性.多尺度方法分析细观单元体的变形结果表明,随着宏观载荷的增加,宏观上显示出的差异非常微小,但是在细观单元体的变形过程中明显观察到,随着载荷步的增加,含长方体形孔洞的塑性变形能力逐渐递减,且应力集中现象比含圆柱形孔洞的细观模型明显.     

双层联方型交叉桁架球面网壳结构的有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS对双层联方型交叉桁架球面空间网壳结构进行了研究．首先分析了在均布荷载作用下该模型的静力变形规律,接着进行了模态分析,最后利用ANSYS软件在静力分析的基础上进行了简单的网壳结构稳定性分析,即线性特征值屈曲分析和非线性屈曲分析）．其设计流程和方法可供同类工程参考．     

单层球面网壳结构稳定若干分析

利用大型通用有限元软件ANSYS对一个40 m跨度的单层K8网壳进行了分析。分析包括静力稳定分析和动力稳定分析。静力稳定分析方面有线弹性屈曲分析、几何非线性稳定分析以及双非线性稳定分析。计算了不同的缺陷下网壳的极限荷载因子,分析了网壳的缺陷敏感性,探讨了采用理想弹塑性模型模拟钢材Q235的合理性。动力稳定分析方面有模态分析和瞬态动力分析。针对网壳是否考虑静荷载作用分别进行模态分析,考察了静力荷载产生的应力和变形对结构的自振频率的影响。采用taft波,并分别用比例调幅为0.3 g和0.4 g,再对网壳进行瞬态动力分析,比较其动力响应,得出了对工程结构设计有用的结论。     

考虑节点非弹性变形的RC框架地震反应分析

钢筋混凝土梁柱组合体试验结果表明节点内纵筋滑移和节点剪切变形对组合体的抗震性能有明显影响,但框架的非弹性地震反应分析一般忽略了节点非弹性变形的影响.为了模拟节点区非弹性变形的影响,在纤维模型基础上采用在梁端附加零长度截面单元的方法,并通过σ-s本构模型考虑节点内梁纵筋粘结滑移,以及通过σ-sslip-shear本构模型同时考虑节点内纵筋滑移和节点剪切变形.考察了典型平面框架在罕遇地震下的非线性反应,对比分析了节点非弹性变形对框架整体和局部反应的影响.结果表明,考虑节点非弹性变形之后结构的最大顶点位移、最大层间位移角将增大或仅略有变化,梁端、柱端塑性铰数量将减少,梁、柱的转角延性需求总体而言将减小;地震作用下框架节点距离剪切失效尚有一定安全储备.框架地震反应大时忽略节点非弹性变形将导致明显误差,地震反应较小时可采用不考虑节点非弹性变形的常规有限元分析模型.     

非理想边界拱的面内失稳模式与屈曲荷载

将拱结构中既非固结也非铰支的非理想边界考虑为沿不同方向的具有一定刚度的弹性约束,利用变形几何关系和能量变分原理推导了拱的非线性平衡方程.以圆弧拱为例建立了径向均布荷载下外荷载与结构内力、径向位移之间的关系,通过定义拱的深浅参数和临界约束刚度进行分析并得到了跳跃屈曲、分岔屈曲等的发生条件及存在区间.本文方法所得屈曲路径和屈曲荷载与有限元法所得结论吻合良好,且用数值法分析了不同约束刚度时的屈曲路径和临界荷载.结果表明,临界深浅参数和临界约束刚度对圆弧拱的屈曲模式及屈曲临界荷载影响显著.     

复合材料螺接修理层压板剩余强度评估

复合材料结构修理是飞机复合材料结构全寿命周期中不可或缺的重要环节。螺接修理传递载荷大,操作简单,易于外场实施。快速估算螺接修理结构的剩余强度,有助于修理参数优化及修理方案的设计。采用基于子模型法的有限元数值分析方法,快速预估螺接修理层压板结构的承载能力。模型中复合材料层压板和金属补片用壳元模拟,螺栓用梁元模拟,采用多点约束技术模拟螺栓与螺栓孔的接触。在整体模型应力分析的基础上,选择高应力区建立子模型,提出0°层点应力准则判断层压板是否破坏,根据粱元剪力的大小用工程方法评估螺栓的强度。分析表明,分析方法建模简单、计算周期短、分析结果与试验结果误差在5%以内,可以满足工程设计和分析要求。     

福建省某高速公路匝道桥梁体顶升有限元程序分析

应用有限元分析软件ANSYS建立了桥梁结构的有限元模型,模拟梁体顶升施工过程中箱梁本身及墩体的受力变形情况,对梁体顶升施工现场尺度的把握提供指导,增强了监测的目的性。     

顺层边坡岩体结构稳定性位移判据的研究

针对顺层岩质边坡．概括出实际边坡工程中常见的几种破坏形式，以其地质背景及力学作用机制为依据，抽象出了不同约束条件下岩梁结构简化分析模型。利用梁板屈曲理论，讨论了岩梁变形的前屈曲状态和后屈曲状态的分叉特性，建立了岩层结构发生灾变的判据。利用文中理论方法及所建立的位移判据，并结合工程现场有效的量测手段，可方便、有效的判定岩质顺层边坡的稳定性。     

基于梁-梁接触理论的管柱屈曲分析

为探究长直管柱在井下复杂工况下的屈曲形式,进行基于梁-梁接触理论的管柱屈曲分析研究。利用梁-梁接触理论对考虑剪切弯曲变形的梁进行离散化,使用管-管接触单元建立管柱变截面摩擦接触有限元模型,并用此方法针对分层采油井实际井况建立管柱有限元分析模型。结果表明,分层采油管柱在井下复杂的受力环境下会发生不等距复合屈曲,在考虑摩擦的情况下管柱的屈曲构型不再是标准的正弦线或是螺旋线构型,并利用磁定位数据验证了计算结果的可靠性。     

液黏离合器摩擦副热屈曲特性仿真分析

为了研究液黏离合器摩擦副软启动过程中的热屈曲变形,建立了对偶钢片轴对称热传导模型和热屈曲模型,获得了温度场的分布规律,通过有限元法求解了对偶钢片的屈曲变形模态及临界屈曲温度,并分析了约束条件对热屈曲特性的影响。结果表明:软启动结束时对偶钢片温度及径向温差均达到最大值,温度沿径向方向先上升后下降,厚度方向不存在温度梯度;第一阶屈曲模态具有最低的临界屈曲温度,为锥形变形,轴向位移沿半径方向呈线性分布;约束条件能够改变钢片的屈曲模态以及降低临界屈曲温度,为避免液黏离合器摩擦副发生热变形和热失效提供一定的理论依据。