空间薄壁梁完全拉格朗日格式几何刚度矩阵

根据Timoshenko梁理论和Vlasov薄壁杆件理论,通过设置单元内部节点,对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,建立了可以考虑剪切变形、弯扭耦合和二次剪应力影响的空间薄壁截面梁几何非线性有限元模型。以拉格朗日格式描述几何非线性应变推得几何刚度矩阵.算例表明所建立模型具有良好的精度,适用于空间薄壁结构的几何非线性有限元分析.     

考虑剪切和翘曲的变曲率曲梁变形微分方程

变曲率导致曲线梁变形分析更加复杂,寻求简单、可靠的力学模型有利于变曲率曲梁的研究.基于Vlasov薄壁梁理论,推导出平面变曲率薄壁曲线梁的变形微分方程,并考虑了剪切变形和截面翘曲的影响,经退化可以得到经典的Vlasov方程.模型的平面内与平面外变形是不耦联的,可以独立求解.最后给出了考虑剪切变形和截面翘曲影响的回旋线型薄壁曲线梁的变形微分方程.通过对比分析发现,该模型较容易求解.     

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.     

轴力二次效应对梁单元的耦合影响

在6个自由度有限梁元基础上,采用单一系数将轴力二次效应对梁单元的影响引入到梁的分析刚度矩阵中,并考虑到梁单元约束扭转时不可避免发生翘曲作用,增加了翘曲角自由度,建立了即能用于通常梁,更能适用于薄壁梁单元的7个自由度的单元分析统一模型,同时将轴向力、弯矩和双力矩的贡献引入到几何刚度矩阵中,得出了综合考虑轴向拉压、弯曲、扭转以及轴力二次效应和翘曲及其耦合影响的变形状态刚度矩阵.线性和非线性算例均表明轴力二次效应对细长构件结构内力和位移的影响不能忽视.     

考虑扭转与畸变耦联影响的薄壁箱梁翘曲效应分析

为了分析薄壁箱梁在竖向偏载作用下的整体受力性能,考察剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力相对于竖向弯曲应力的放大系数,在充分考虑扭转与畸变耦联影响的基础上,用能量变分法建立了综合反映竖向弯曲变形以及剪力滞、约束扭转、畸变等翘曲变形的控制微分方程.对既有文献中的模型梁及某预应力混凝土简支箱梁在跨中偏载作用下的应力状态进行理论分析.结果表明,按该控制微分方程求得的模型梁应力理论值与实测值吻合良好.跨中截面加载腹板与底板交点处的正应力放大系数达到约1.63,在水平形心轴处腹板的剪应力放大系数达到约2.55.在剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力中,畸变和约束扭转翘曲应力占主导地位,剪力滞翘曲应力占次要地位,但仍不可忽略.     

复合材料薄壁梁的翘曲

将薄壁结构杆件的平衡理论引入复合材料薄壁梁的分析中，来分析复合材料薄壁梁剖面的平面外翘曲规律．针对复合材料叠层对翘曲规律的影响，将复合材料薄壁梁视为叠层壳，用三维实体元对梁剖面的翘曲问题进行研究．数值实验结果证明：材料的叠层对薄壁梁截面翘曲影响不大，平衡理论可在复合材料薄壁结构中应用．     

基于板梁理论的三角形薄壁梁扭转振动能量方程与有限元验证

以三角形薄壁梁作为研究对象,基于板梁理论研究三角形薄壁梁扭转振动.依据Timoshenke梁和Kirchhoff板力学模型,求出三角形薄壁梁的总应变能和扭转刚度;把截面位移分量带入动能方程,建立三角形薄壁梁总势能方程,并求得两边简支的三角形薄壁梁扭转振动频率的理论解.采用ANSYS模拟相同条件下的三角形薄壁简支梁,求解得到扭转振动频率,并与本文理论公式进行对比分析,验证了本文理论公式的正确性.     

大跨度架桥机钢桁架的稳定与极限荷载分析

基于有限变形理论，考虑了截面翘曲变形影响，推导了空间闭口薄壁箱型梁的ＵＬ列式增量平衡方程，建立了薄壁箱型梁的非线性稳定计算方法，并编制了相应的程序。将架桥机的两个单个梁换算为等效闭口箱型梁，计算了架桥机钢桁架的侧倾稳定和弹塑性极限荷载。     

长大舱口船弯扭耦合模态分析及动力响应计算

提出了用迁移矩阵法分析长大舱口船弯扭耦合动力特性的理论和方法，将船体简化成全自由的非均匀断面薄壁梁，根据Timoshenko梁理论，考虑剪切，转动惯量和翘曲，导出了开口薄壁单元和闭口薄壁单元的场迁移矩阵，在不同梁段间，提出了一组合适的协调条件，建立了点迁移矩阵，计算了大舱口船和三根梁的动力特性，表明本文的理论可靠，其方法具有重要实用价值。     

基于Timoshenko梁及能量变分原理的薄壁箱梁挠度计算分析

基于Timoshenko梁理论和能量变分原理,对单箱单室混凝土薄壁箱梁的翘曲位移函数进行修正,合理构造考虑各翼板翘曲位移函数幅值关系、横截面轴力平衡以及剪切变形影响的翘曲位移函数,建立了体系总势能函数表达式.利用Euler-Lagrange方程得到了薄壁箱梁剪力滞效应计算理论的微分方程,推导了考虑剪力滞效应影响的简支梁挠度计算公式.结合ABAQUS有限元数值模型算例,对比分析了简支梁在不同荷载工况下挠度沿梁轴向的分布规律.结果表明:针对不同荷载工况下的单箱单室薄壁简支箱梁,文中提出的挠度计算公式的结果与ABAQUS有限元数值吻合较好.同时选取目前工程应用较为广泛的一般梁挠度简化计算方法进行对比分析.由于此类简化计算方法忽略了剪力滞效应存在而产生的附加挠度,导致误差较大,最高达到32.06%,误差范围为21.39%~32.06%.文中所提出的挠度计算方法的结果与有限元数值模拟的结果吻合良好,能较好地反映结构在外荷载作用下的变形规律,且不受加载工况影响,从而验证了文中挠度计算方法的正确性及适用性.     

多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流计算及截面参数分析

基于薄壁杆件结构理论,推导出多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流的计算公式,将其应用于钢箱梁剪力流的计算,并与有限元分析结果及已有文献中的计算结果相比较,同时分析了有无悬臂板、悬臂板厚度、梁高、腹板厚度、底板厚度和箱室宽度对腹板剪力流分配的影响。结果表明,所推导的公式具有较高的精度;腹板厚度、悬臂板厚度及箱室宽度为多室薄壁箱梁腹板剪力流分配比的主要敏感参数,梁高与底板厚度为次要敏感参数;在桥梁结构受力分析中,为简化计算而不考虑悬臂板,会降低边腹板的荷载分配比,导致横隔梁的设计安全系数下降。     

蝴蝶拱桥扁平钢箱弯梁的约束扭转分析

以我国首座已建成通车的蝴蝶拱桥为背景,基于乌曼斯基约束扭转的弹性薄壁梁理论及薄壁箱梁的剪力流理论,采用考虑翘曲位移自由度的空间杆系有限元分析模型,结合静载试验实测数据,对该桥单箱多室截面的扁平钢箱弯梁进行了考虑约束扭转效应的空间受力分析.计算结果表明,在蝴蝶拱桥结构中,扁平钢箱弯梁的约束扭转效应比较显著,在设计中应加以考虑.     

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。     

含开口薄壁杆的空间结构热屈曲有限元分析

针对含开口薄壁杆件的大型空间柔性结构热屈曲问题,发展了一种包含翘曲自由度的二节点开口薄壁杆单元。该单元考虑了约束扭转与弯扭耦合效应,同时考虑了热应力对几何刚度阵的影响,可进行空间杆系结构的热屈曲分析。简单梁模型算例表明:该方法求得的各阶屈曲温度临界值和屈曲模态与AN SY S薄壳有限元解吻合较好;并且由于考虑了开口薄壁杆的特性,热首先引起杆件的弯扭耦合屈曲。对哈勃太空望远镜太阳帆板的简化模型进行了热屈曲分析,成功地解释了热使该太阳帆板发生扭转屈曲的原因。     

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．     

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.     

常截面悬臂箱形梁负剪力滞效应分析

针对常截面悬臂箱梁在满跨均布荷载下,分别假定翼板纵向位移沿横向按余弦函数分布分布和按三次抛物线分布,采用变分法进行解析,分析剪力滞效应沿常截面悬臂梁梁跨的变化规律.确定了正负剪力滞各自的分布区域,并与有限元分析的结果相比较,结果表明假定翼板纵向位移沿横向按余弦函数分布更加合理.     

偏八结点等横向位移有限元

根据抗震墙结构、梁等以弯曲变形为主的结构和构件的变形特点,假定横向位移相等,提出了一种新的单元－偏八结点等横向位移有限元,通过算例证明其对于以弯曲变形为主的结构和构件,具有所需单元少,总刚小、计算精度高等特点。本文提出的位移相等假定下的总刚集成方法,简单明了,具有通用性。