弹性地基上线性变截面梁的弯曲变形

针对厚度按线性函数变化(材料参数按线性函数变化)的情况,采用梁的线性理论建立梁截面厚度或宽度(或材料参数)沿长度变化的控制方程,用有限差分法计算变截面梁在周边固支和简支两种边界条件下的弯曲变形.获得弹性地基上变截面梁弯曲变形的数值解,数值结果表明,梁截面的变化参数、弹性地基参数、机械载荷对梁的弯曲变形有显著影响.     

样条有限点法分析旋转变截面Euler梁弯曲自由振动问题

基于Euler-Bernoulli梁理论,采用样条有限点法建立旋转变截面梁弯曲振动分析新模型.通过沿梁轴线均匀布置一定数量的样条节点对变截面梁样条离散化,采用三次B样条函数对变截面梁的位移场进行插值.考虑截面尺寸变化和旋转离心刚化效应的影响,基于Hamilton原理推导出旋转变截面梁计算模型的总刚度和总质量矩阵表达式,编制程序对旋转变截面梁动力特性进行分析,并建立ANSYS有限元模型进行比较验证.结果表明:本文解答与文献和有限元解答吻合良好,本文模型具有计算精度好、建模效率高、边界条件简单和程序编制方便的优点,可适用于不同边界约束、截面变化率、截面变化类型、旋转角速度和轮毂半径条件下的旋转变截面梁的弯曲自由振动问题.参数分析表明截面变化率和旋转角速度对旋转变截面梁动力特性有重要影响.     

任意阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲

研究边界弹性支承任意阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲变形,利用Heaviside函数给出了在横向载荷作用下阶梯型截面Timoshenko梁弯曲挠度和转角的解析闭合解,避免了经典解析方法应用分段函数导致的繁琐.在此基础上,数值分析了固支和悬臂单、双阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲变形,考察了变截面位置、截面大小、梁高跨比以及边界支承刚度等对Timoshenko梁弯曲的影响.结果表明,阶梯型截面Timoshenko梁的挠度和转角与等截面Timoshenko梁的挠度和转角有较大的差异,虽然阶梯型截面Timoshenko梁挠度光滑,但在截面变化位置处,阶梯型截面Timoshenko梁转角斜率存在明显的跳跃.     

变截面超静定梁的传递矩阵解法

采用矩阵传递法分析了变截面超静定梁的弯曲问题。利用截面状态矢量的传递规律,求解任一截面的内力和变形。与其它方法比较,该方法提供的是程式化的数学模型,便于计算机分析。     

楔形变截面双模量梁弯曲变形时的解析解

推导出了楔形矩形变截面双模量梁的截面高度表达式,利用静力平衡方程确定了楔形矩形变截面双模量梁弯曲时的中性层位置。采用弹性理论建立了楔形矩形变截面双模量梁的弯曲微分方程,推导出了外载荷作用下梁的挠度表达式。通过算例,讨论了楔度比、长高比、剪切效应对楔形矩形变截面双模量梁弯曲变形时挠度的影响。结果表明:随着楔度比的增大,梁的弯曲挠度逐渐减小;随着长高比的增大,双模量材料简支梁、悬臂梁中点的弯曲挠度均逐渐增大,各向同性悬臂梁的中点弯曲挠度也逐渐增大;对于拉压弹性模量相差较大的双模量材料梁的弯曲挠度计算,用经典材料力学理论计算是不合适的,应采用双模量材料力学理论进行分析计算。     

“三偏移-三转角方程”解变梁的振动问题

文中建议用阶形梁近似地代替截面按任意规律变化的变梁以简化结构力学问题的计算。基于等截面梁的现成初参数解答,导出一种“三偏移——三转角方程”;利用这个标准形式的方程求解变梁的振动问题——强迫振动（包括静力强度问题）和自由振劫,可使计算比较系统和简捷。对于变梁的自振频率、形常数和载常数都分别列举了算例。     

插值矩阵法分析轴向受载的Euler-Bernoulli梁双向弯曲与扭转耦合振动

文章运用插值矩阵法研究了轴向受载的Euler-Bernoulli梁的双向弯曲扭转耦合自由振动问题。选择梁横截面的剪切中心作为坐标原点,坐标轴平行于梁截面的几何轴,振动微分方程中有关梁截面几何特性的参数均采用相对于几何轴的参数。轴向受载的Euler-Bernoulli梁的双向弯曲扭转耦合自由振动频率的计算转化为一组非线性常微分方程特征值问题,运用插值矩阵法求解,获得了3种边界条件下梁弯扭耦合振动的固有频率及其相应振型函数的计算结果,将数值计算结果与已有结果比较表明,文中方法具有很高的精度和效率。     

变截面功能梯度Timoshenko梁的自由振动分析

基于梁物理中面的概念,使用哈密顿原理,推导得出轴向力作用下材料性质沿梁高变化的功能梯度材料(FGM)梁自由振动的控制微分方程组,然后求得该微分方程组的幂级数解.再基于弹性约束表示的一般边界条件得到频率方程.分析了长高比、梯度指数、轴向力以及截面变化系数等参数对FGM梁固有振动特性的影响.结果表明,剪切变形不仅会影响弯曲振动,对轴向振动也有影响.     

变截面梁的抗撞性分析及应用

在研究多种不同截面形状薄壁梁碰撞吸能特性的基础上,提出了一种有效的变截面梁结构。选取变截面梁的主要设计参数作为研究对象,将有限元分析与试验设计、响应面法等结合起来,对变截面梁的抗撞性能进行分析,建立了变截面梁的抗撞性多目标优化模型;采用优化算法进行求解,得到了变截面梁的最优设计参数和多目标优化后的Pareto最优解,并通过有限元分析对最优设计参数进行了验证;最后将优化后的变截面前纵梁结构应用于某越野车40%偏置碰模拟中。试验结果表明,碰撞侧A柱的加速度峰值显著降低,整车的被动安全性得到提高。     

形状记忆合金变截面梁的相变力学行为分析

为掌握形状记忆合金变截面梁在弯曲变形过程中的相变力学行为,基于弯曲变形理论,结合形状记忆合金的本构关系,推导出形状记忆合金变截面梁的非线性控制方程,用分阶段分步骤方法分析变截面梁的相变过程,研究变截面梁的机械载荷、拉压不对称系数和变截面系数对中性轴位移、曲率和相边界的影响,并与有限元结果进行对比.结果表明：变截面系数对相边界和曲率的影响较大,其值越大,中性轴位移的最大值越小,各相边界位置越远离截面边缘;拉压不对称系数对中性轴位移最大值的影响比载荷和变截面系数更大,但对最大值出现的截面位置影响最小;拉压不对称系数对受压侧相边界比受拉侧的影响更大,拉压不对称系数越大,截面受压侧越易发生相变.     

变截面梁(轴)变形的简便数值解法——平均弯矩法

本文提出了计算变截面梁(轴)变形的平均弯矩数值解法。应用该法,可求出任一截面的挠度、转角、极值点坐标及最大挠度的近似解或精确解。亦可用于求解静不定梁的变形。便于在工程中应用,适于电算。变截面梁(轴)在机械、建筑工程中获得广泛应用,计算变截面梁(轴)变形的方法,目前推荐采用的有虚用法、初参数法、等效(当量)直径法、叠加法、有限差分法等。其中有的方法计算准确度高、但求解过程较烦,有的则误差较大,且不能估算出误差大小,因此在一定程度上限制其应用。 本文提出一种简便的变截面梁(轴)变形的数值解法——平均弯矩法。具有计算公式和计算过程简单,适于电算,并且可事先计算出误差值等优点,可求解梁上任一截面的挠度、转角、极值点坐标及最大挠度的近似解或精确解。亦可求解静不定梁的变形。     

基于绝对节点坐标法变截面柔性梁运动稳定性研究

基于绝对节点坐标法,考虑变截面梁单元的几何边界特征,利用非线性介质力学方法推导其刚度矩阵,进而建立柔性梁结构动力学方程.基于梁结构运动过程中状态空间方程和Lyapunov理论,提出变截面柔性梁结构运动及稳定性判定方法,研究了材料属性与变截面对梁结构空间运动过程中稳定性的影响.结果表明:当材料弹性模量较小时,变截面梁的稳定性略优于等截面梁;当材料的弹性模量增大,等截面梁单元稳定性大大增加,而变截面梁单元所受影响甚微;当弹性模量的增加达到一定值后,等截面梁的运动也趋于稳定.     

变截面梁变形分析的新方法

本文用阶跃函数近似地描述了变截面梁刚度变化的规律。并采用■Laplace变换法来分析变截面梁的弯曲变形问题。此法亦可推广到连续梁、刚架中去。     

考虑橫向剪切变形影响非均匀变截面梁的弯曲问题

本文采用提出的阶梯折算法,求出了非均匀截面梁考虑横向剪切变形影响的弯曲问题,求得在任意荷载、一般边界条件下的通解.无论阶梯的个数为多少,问题最后归结为解一个二元的代数线性方程组.本文最后通过实例说明了对于非均匀变截面梁的弯曲问趣在剪力静定的情况下,分解刚度法是一种精确解法.     

阶梯形变截面梁弯曲变形的一种新解法

从分析梁的找曲线挖微分方程出发，将阶梯形变截面梁的变矩方程Ｍ（ｘ）作一定的变换，就可以将其视为等截面梁进行弯曲变形计算。此法比经典方法简便，具有一定的实用价值。     

矩形截面深梁的一个新理论及其应用

综合考虑梁截面转动、相邻截面剪切变形和横向压力等影响推导出弯曲矩形截面深梁的新理论.作为算例,应用虚拟功的互等法具体求解了在均布载荷作用下两端简支深梁的弯曲问题,给出了这种情况的数值计算结果,与ANSYS有限元结果进行了对照,验证了该新理论的正确性.     

变截面梁变形计算的等效梁法

本文利用变截面梁和相同长度等截面梁的变形能之差为极小值，求得相应等截面梁的刚度，从而把变截面梁化为等截面梁，使变截面梁挠度易于求解。     

剪切变形对双模量梁弯曲正应力的影响

利用静力方程确定了矩形截面双模量梁的中性轴位置,得到了矩形截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式。在考虑剪切变形影响的情况下,利用矩形截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式,导出了等矩形截面双模量梁弯曲正应力计算公式。通过算例分析了矩形截面双模量梁的长高比变化时,剪切变形对等矩形截面双模量梁弯曲正应力的影响。研究结果表明:当矩形截面双模量梁的长高比小于一定值时,剪切变形会对矩形截面双模量梁弯曲正应力产生较大的影响;拉压弹性模量相差较大的双模量材料梁弯曲应力的计算,应采用双模量材料力学理论进行分析计算,而采用经典材料力学理论进行分析计算是不合适的。     

含中铰的变截面静不定梁的通用解法

应用麦考雷奇异函数推导出含中间铰的变截面静不定梁弯曲的力和弯曲变形的通用方程以及解此类问题的通用矩阵方程。     

大展弦比飞机机翼弯曲变形分析和测试方法

将大展弦比飞机机翼简化为变截面悬臂梁结构。基于线性叠加原理,将变截面梁划分为n段,推导出梁挠度的计算方程。根据机翼实际尺寸,并考虑机翼自重和外挂载荷建立变截面梁模型,将梁划分为5段、10段、20段计算梁的挠度。利用ANSYS有限元软件中几何非线性迭代方法,分析变截面梁受均布载荷时的变形。理论计算结果和有限元仿真结果吻合,验证了该计算方法的有效性。为计算大展弦比飞机实际飞行过程中机翼实时弯曲变形,在机翼上布置应变计并进行地面标定试验,得到载荷与应变之间的关系方程和机翼各段的弯曲刚度。通过采集飞行实测应变数据,结合标定方程将机翼各测试切面应变-时间历程转化为载荷-时间历程,再利用挠度计算方程计算机翼的实时弯曲变形情况。为大展弦比飞机飞行过程中机翼变形测试提供了一种工程测试途径。