大转动三角形平面单元有限元分析的共旋坐标法

基于能显著减小单刚计算量的场一致性原则,遵循标准的共旋坐标法,导出了三角形平面单元在大转动、小应变条件下的单元切线刚度矩阵.利用这一非对称的单元切线刚度矩阵编制程序,运用该程序对悬臂端作用有集中力的平面悬臂梁进行了计算.计算结果表明,所提出的单元切线刚度矩阵列式正确,该单元刚度矩阵虽然不对称,但计算较简单.这在非线性计算中对于减小由于计算机位数限制带来的累积舍入误差和提高迭代的收敛性具有重要意义.     

双非线性四边形平面应力单元分析石拱桥的极限承载力

采用共旋坐标法导出了四边形平面应力单元在大转动、小应变条件下的几何非线性和材料非线性的单元切线刚度矩阵;在此基础上编制相应的有限元FORTRAN程序;对交通部公路桥涵标准图中的23个单跨石拱桥的计算与分析表明:共旋坐标法四边形平面应力单元的列式、程序和求解器具有较强的非线性分析能力,能较好地分析石拱桥受力全过程的非线性性能.该计算结果提供了对中小跨度石拱桥非线性性能的更多的了解,可供工程设计人员参考.图8,表1,参10.     

带铰平面梁元几何非线性有限元分析

针对梁端带铰的平面梁元几何非线性分析研究较少的情况,通过局部坐标系（随转坐标系）下的即时单元刚度矩阵,再基于结构坐标系与局部坐标系下杆端力及节点位移的总量关系及微分获得的增量关系,获得平面梁单元在大位移、小应变条件下的几何非线性单元切线刚度矩阵。研究结果表明：将局部坐标系下的刚度矩阵建立在即时构形的参数上,更能反映状态变量的变化,在此基础上根据带铰梁端弯矩为0的受力特征,导出了能考虑梁端带铰的单元切线刚度矩阵表达式;通过对带铰的算例进行几何非线性分析,验证了所提出的表达式具有较强的实用价值。     

基于U.L列式的带刚臂平面梁元非线性分析

为解决平面梁元在相交处可能存在的刚性连接问题,根据带刚臂平面梁元在受力后的运动和变形特点,基于U.L法推导出两端带任意刚臂的平面梁元的切线刚度矩阵表达式,指出已有文献在推导过程中省略了单元已有内力对切线刚度矩阵附加项的影响,有可能出现在非线性程度较高的时候计算不收敛的问题,给出了不平衡力的精确全量算法,并提供了详细的计算步骤;利用本文的研究成果编制了程序,对无刚臂和有刚臂的平面梁结构进行了几何非线性分析.计算结果表明这种非线性单元列式的正确性和非线性求解过程的收敛性,实用价值较强.     

几何非线性平面梁考虑收缩徐变的算法研究

针对混凝土斜拉桥等大跨柔性混凝土结构同时存在的几何非线性与收缩徐变问题,基于微分法导出了随转坐标系下平面梁在大转动小应变时的几何非线性平衡方程,该方程已计入初应变效应.结合初应变法计算混凝土梁收缩徐变等效节点力有限元列式,利用节点力之间和节点位移之间全量及增量的关系,获得结构坐标系下平面梁单元几何非线性分析中考虑收缩徐变效应影响的实用算法,并给出了详细的计算步骤.对某大跨径混合梁斜拉桥混凝土桥塔进行了考虑混凝土徐变效应的几何非线性分析,计算结果表明本文提出的算法能较好解决上述问题,具有一定的工程应用价值.     

圆管直梁单元切线刚度矩阵的解析解

从虚位移原理出发,推导了两结点三维圆管直梁单元几何非线性的单元切线刚度矩阵的解析解,为这种单元大变形、小应变分析提供了刚度矩阵的表达式。     

基于UL列式的带刚臂平面杆元非线性分析

为了解决平面杆元在相交处可能存在的刚性连接问题，根据带刚臂平面杆元在受力后的运动和变形特点，基于UL法，推导出两端带任意刚臂的平面杆元的切线刚度矩阵．利用该研究成果编制了程序，对无刚臂和有刚臂的平面杆结构进行几何非线性分析．计算结果证明了这种非线性单元列式的正确性和非线性求解过程的收敛性．     

势能增量驻值原理与切线刚度矩阵的解构规则

基于有限位移理论应变能密度函数的定义, 利用Kirchhoff应力张量和Green应变张量, 推出了非线性分析中增量形式的势能驻值公式, 并证明了由势能增量驻值原理得到的增量平衡方程形式与由虚位移原理所得的结果完全一致. 然后, 根据势能增量驻值原理并利用泛函驻值条件, 得到了有限位移分析中T.L格式和U.L格式的切线刚度矩阵的解构规则. 利用该解构规则形成切线刚度矩阵的方法简单、直观, 通过平面梁元例题验证了可利用该方法求得任何单元或结构的切线刚度矩阵.     

四结点等参数弯管单元

本文采用一种新的、有效的四结点等参数弯管单元,用有限元法分析弯头的应力与变形。首先,对这种单元进行了线性分析,提供了不考虑截面椭圆度和考虑截面椭圆度两种情况的位移模式,异出了这两种情况的应变位移矩阵。其次,对这种单元进行几何非线性分析及材料非线性分析,推导出了几何非线性的应变位移矩阵和切线刚度矩阵、材料非线性的弹塑性矩阵和塑性区的刚度矩阵。     

用共旋坐标有限元法分析高层建筑框架结构的二阶效应

虽然分析平面框架二次效应的方法早在20世纪80年代就已提出,但其中许多工作过分复杂或简单,值得改进.采用共旋坐标法准确地导出了平面梁单元发生大转动小应变时的单元切线刚度矩阵,并利用该单元切线刚度矩阵的列式和Newton-Raphson迭代法开发了1个FORTRAN程序NPFSAP,从而获得了高层框架结构二阶效应的高精度数值解,由此发现高层建筑的二次效应与水平荷载的关系不明显,但建筑物刚度越小,竖向荷载越大,建筑物层数越多,二次效应越明显.提出了1个高层框架中柱二次效应的计算公式,为工程设计人员提供了准确计算框架弯矩的办法.     

平面应变过程中摩擦对金属流变规律的影响

研究了平面应变压缩过程中摩擦对金属流变规律以及力能参数的影响. 通过有限元软件MSC/Superform,采用二维以及三维热力耦合有限元理论对不同摩擦条件下的力能参数、宽展情况以及变形金属的流动情况进行了分析;在自主研制的大试样平面应变热模拟试验机上,利用室温下工业纯铝探讨了上下接触面摩擦不一致时金属流动的规律. 结果显示:随着摩擦的增大,变形负载将增大,宽展减小;当上下接触面间摩擦条件不同时,变形后的试样将出现"U"字型,而且随着上下接触面之间摩擦差值的增大,其变形不均将更加严重.     

平面应力状态下混凝土的强度准则

针对平面应力状态下的混凝土材料,提出了一种新的强度准则,该准则在混凝土不同的受力区给出了统一的表达式。计算与试验结果与比较验证了新强度准则的可靠性。     

精化杂交法及精化平面四边形单元

基于新的泛函、合理的变量假设及应变正交化，提出了称之为精化杂交 元的方法。精化杂交法可以使单元的应变能按假定的应变模式分解，由此得 到相应的分解的单元刚度矩阵，而且常常可以推出显式。精化杂交法有效地 提高了杂交应力元或广义杂交元的精度和计算效率。所建立的平面四边形精 化杂交元，可以作为对著名的Ｐｉａｎ单元的改进。算例表明，所建立的四边形 单元较已有的各类平面四边形单元具有更高的精度和计算效率。     

平面应力状态下混凝土的本构模型

在混凝土的非线性有限元分析中，需要模拟混凝土的应力-应变关系，根据混凝土单轴受压典型曲线特征，采用Hermite插值给出了混凝土单轴受压条件下具有明显几何意义的σ-ε关系，以给定的混凝土强度准则为基础，给出了混凝土平面应力状态下的增量本构关系，利用特征屈服半径的概念将初始屈服面、后续屈服面以及破坏面表达为一个统一的形式；特征屈服半径的概念将平面应力状态下混凝土的本构关系与单轴受压状态统一起来，使问题的处理一体化，计算结果与试验结果的比较，验证了本构模型的可靠性。     

一种等效的三边形杆件单元

基于有限元思想,根据三节点三角形单元与三角形平面杆件单元在受到同样荷载列向量的条件下位移等效原则,构造出一种更为简单适用的等效三角形杆件单元,使二维结构用一维单元进行分析.由于单元的推导不是根据微元体单元应力、应变等效,而是从节点位移等效的这一思路出发,使得本研究单元较以前的等效铰结桁架单元可以满足结构有限元划分单元时对矩形单元的要求.同时截面计算公式中包含了泊松比这一体现材料特性的参数,因而公式更加具有普遍意义.运用本研究方法对钢筋混凝土简支梁及悬臂梁进行计算分析,并将其计算结果与ANSYS计算结果进行比较.研究结果表明,本研究所推导的等效三边形杆件单元计算精度良好,计算结果可靠,可以满足工程应用需要.     

等参数平面裂纹问题的二级分形有限元分析

针对正交各向异性板的平面裂纹问题，应用二级分形有限元的办法研究了裂纹尖端应力强度因子的计算方法．与各向同性平面裂纹问题比拟，获得正交各向异性平面裂纹问题的一般解，并将它作为整体插值函数；利用二级分形有限元对平面裂纹板进行离散，使得求解的自由度极大地减少．结果表明，只需有限粗略的网格划分和简单的插值单元就可以有效地获得较精确的裂纹尖端应力强度因子．     

平面曲线放样元素计算的CAD方法

在分析传统放样方法不足的基础上 ,提出了在 Auto CAD环境下进行施工测量放样元素计算的方法 ,并以极坐标法放样具有缓和曲线的圆曲线说明了计算过程 ,并总结了该方法的优点。     

匀速旋转之圆轴的纵向裂纹应力强度因子

本文对匀速旋转之圆轴纵向穿透直线裂纹的应力强度因子,用复变函数方法进行了讨论,得到了应力强度因子的一般表示式和近似式,并计算了大量的应力强度因子之值。计算结果表明。在广大范围内,由近似式计算的中、小裂纹的应力强度因子之值,与其精确值相比,相差甚微,因而可用于实际工程计算。     

邻近效应对钢板阻抗的影响及其等效电路模型

为预测舰船系统的电磁兼容性和定量分析系统的共模干扰,研究了舰船接系统的阻抗特性。针对钢板2点之间阻抗特性与外部线路之间的关系,分析邻近效应对钢板阻抗的影响机理,建立了系统之间共地耦合干扰的三阻抗等效电路模型,采用四端连接方法测量了2个共地系统之间的耦合阻抗。分析表明,在强邻近效应情况下磁场耦合不仅产生等效互感而且产生等效互电阻,实验测试表明邻近效应使钢板电阻在1 MHz时比无邻近效应时大17倍。采用平面钢板简化模型和有限元计算方法分析钢板的耦合电阻,与实测数据的误差小于17%,验证了等效电路模型的正确性。