基于壳梁组合单元预应力混凝土梁非线性响应

基于壳梁组合(SBC)单元,建立了预应力混凝土T梁非线性分析模型,并对其进行了破坏全过程研究,对梁体刚度折减、预应力筋应力重分布规律等进行了分析.基于分层壳单元和梁单元计算模式,对预应力筋采用SBC单元模拟,有效地模拟了预应力筋的空间预应力作用,对普通钢筋和混凝土采用分层壳单元模拟.采用Owen准则等描述了预应力混凝土T梁的屈服等材料非线性效应,并研制了相应的非线性计算程序.研究结果表明,该方法的计算结果与试验梁的试验结果吻合良好,非线性SBC单元方法用于预应力混凝土T梁分析是合适的,为此类工程薄壁结构的评定分析提供了一种较为有效的计算方法.     

结构分析中的曲梁单元

综述了曲梁单元的发展.指出曲梁单元的非线性分析方面尚处于混乱阶段,而且有些学者认为直梁单元不能用于曲梁的非线性分析.通过三个实例表明了不同的曲梁理论对不同的结构、不同的受力条件,都有不同的适用性.最后通过编制的直梁单元的几何非线性程序,证明了直梁单元完全可以用于曲梁的非线性分析.     

工程结构几何非线性有限元研究述评

在结构线弹性计算中,一般都假定在加载过程中用结构变形前的形状来代替变形后的形状.然而在实际工程结构中,往往存在着大位移、大转角或大应变等问题.这时平衡条件就应如实的建立在变形后的位形上,以考虑变形对平衡的影响;同时应变表达式也应包括位移的二次项,这就需要采用几何非线性来研究.以此为出发点与当前流行的有限元方法相结合,分析了几何非线性有限元法分析的一般过程.综合比较了几何非线性有限元法在杆、梁、板、壳等方面的国内外研究成果,指出目前仍存在的问题,提出今后的发展方向,为几何非线性有限元的理论研究与程序设计提供参考.     

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。     

一种考虑温度影响的高效几何非线性梁柱单元

在梁-柱单元位移函数中引入了轴力的影响,将传统3次位移函数改进为4次位移函数,并推导得到了考虑温度影响的几何非线性梁-柱单元.该单元的几何非线性刚度矩阵中完整考虑了单元位形变化对平衡方程的影响、温度变化对材性和单元应变的影响以及单元位形变化对几何方程的影响,进而可以考虑二阶效应、弓形效应.采用该单元编制了有限元程序,算例分析表明,该梁-柱单元精度得到了显著改善,可以极大减少非线性有限元模型的单元数量,在分析火灾下梁的悬链线效应、火灾下杆系结构连续性倒塌等问题上具有显著优势.     

单元解体法精确求解梁元无应力构形

基于非线性二阶梁柱理论及CR-UL全量求解方法,利用单元解体理论(几何法及零作用法)精确求解平面结构中梁元的完整无应力构形.利用目标构形几何信息及其对应的单元抗力直接求解梁元无应力构形基本参数;采用几何法直接进行坐标转换即得构件单元完整无应力构形;采用零作用法并利用无应力构形基本参数进行逆向计算亦可求解其完整无应力构形;编写程序对提出的两种方法进行了算法及最终结果的验证.结果表明利用几何法可在不建立结构有限元模型的条件下精确高效求解构件的完整无应力构形,利用零作用法亦可精确求解构件完整无应力构形,但需编写完善的几何非线性程序.     

火灾下轴向约束钢梁的样条有限元法

提出了一种同时考虑几何非线性和材料非线性的平面样条梁单元，并用其进行了火灾升温条件下沿截面温度分布不均匀轴向约束钢梁的受力分析．以节点的弯矩和轴力平衡为条件建立基本方程，可方便地考虑轴力的二阶效应和升温条件下材料的非线性，并可考虑温度沿截面的任意分布形式，避免了常规有限元法在单元刚度矩阵中考虑这些因素的复杂性．算例表明，该样条梁单元有足够的精度，且求解速度快于常规有限元法的壳单元．     

梁弯曲,扭转,稳定分析的三维退化层合梁单元有限元法

首衔在２０结点三维块体等参元及１６结点相对位移板壳元的基础上,引入梁的基本假定,采用等效数值积分法,构造出１２－２０结点三维退化层合梁单元,然后考虑几何非线性,给出用于梁线弹性稳定分析的有限元列式,文中单元直接由三维块体等参元退化而得,只有线位移自由度,可以方便地与相对位移板单元和三维块体单元协调连结。又用三维退化梁单元分析了实心杆的弯曲、自由扭转及分支屈曲的临界荷载,其数值结果和理论解符合很好。     

基于第二代小波的杆、梁单元构造研究

针对第二代小波尺度函数无显式表达式的缺点,提出采用PsdVoigt2函数进行拟合的方法,根据小波有限元及第二代小波理论,利用第二代小波尺度函数取代传统有限元多项式插值函数,通过转换矩阵将小波插值系数转换到物理空间,构造出形函数,并利用该方法构造一系列杆、梁单元。通过不同算例对构造的第二代小波杆、梁单元进行精度验证。计算结果表明,构造的第二代小波单元在求解变形和应变时精度较高,丰富了小波有限元单元库。     

欧拉弯曲梁三次 Hermite 区间样条多小波有限元分析

基于小波多辨分析思想,选择三次Hermite区间样条函数作为多小波尺度基函数,用于构建梁单元多尺度位移近似空间;由最小势能原理,推导出欧拉弯曲梁有限元平衡方程.结果表明:该小波单元可通过改变多小波尺度函数的尺度来重新划分网格,从而可自由调节小波单元的计算精度;其计算精度与采用具有相同网格划分的任意多个传统欧拉弯曲梁单元求解的精度完全相同;该小波单元更加清晰地反映了小波有限元与传统有限元之间的关联.     

考虑多种因素的覆冰输电线舞动的有限元分析

采用梁单元模拟覆冰输电线,利用Newmark时间积分和Newton-Raphon非线性迭代法求解有限元方程,编写了相应的有限元程序,通过有限元软件ANSYS计算并验证了方法和程序的正确性.研究了风速、和档距长度对舞动幅值及导线舞动过程中张力的影响,同时探讨了攻角对舞动的影响,得出了一些重要规律,为导线舞动的预防及减小舞动的幅值提供了依据.     

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.     

基于刚度矩阵的空间变截面梁简化问题

为研究机床的静刚度特性,需要得到其各部件的单元刚度矩阵.机床部件的结构往往是不规则的,因此需要将其等效简化为等截面梁单元,才能得到其单元刚度矩阵.该文对任意变截面梁等效简化为等截面梁单元的问题进行了研究,从建立梁单元的单元刚度矩阵的需要出发,推导出了完整的简化方法.为了验证该简化方法的有效性,利用有限元分析软件ABAQUS 6.51对一个力学模型进行了分析,同时用上述的简化方法对该力学模型进行了计算.将两者的计算结果进行对比,相对偏差小于5%,因此可证明该简化方法在变截面梁等效简化为等截面梁单元时的有效性.     

两点边值问题基于三次样条插值的高精度有限体积元方法

针对常微分方程线性和非线性两点边值问题,提出了基于三次样条插值的高精度有限体积元方法,给出了具体计算格式,讨论了格式所具有的优良性质——正型性,并应用能量方法给出了收敛性分析,证明了格式按照离散能量模具有四阶精度。最后给出线性、奇异源项和非线性数值算例,验证了算法的有效性和广泛适用性。     

组合梁几何非线性与长期效应的同步算法

首先根据建立的随转坐标系下考虑滑移组合梁单元平衡方程,结合初应变法得到组合梁收缩徐变等效节点力有限元列式.然后基于随转列式全量法,利用总体坐标系与随转坐标系下变量间转换矩阵,获得界面滑移平面组合梁单元收缩徐变与几何非线性同步考虑的实用算法.该方法的优点是可实现几何非线性与收缩徐变材料非线性算法上的分离,收缩徐变仅在随转坐标系下考虑,几何非线性通过转换矩阵考虑.最后,结合算例说明考虑滑移的组合梁几何非线性与收缩徐变之间存在着耦合作用.     

损伤梁单元等效节点荷载的计算及应用

分析了基于有限元刚度法形成单元等效节点荷载的局限性,通过引入截面割线柔度,研究了基于有限元柔度法理论计算损伤梁单元等效节点荷载的方法.由于不需要迭代,该方法能与经典结构非线性分析体系完全兼容.采用自主开发的结构非线性分析软件,对钢筋混凝土框架结构进行非线性全过程分析.研究表明,考虑了损伤的梁单元等效节点荷载,可更准确地反映结构在强非线性阶段的实际受力情况,提高计算效率,改善结构非线性分析的收敛性和稳定性.     

动载作用下钢筋混凝土梁非线性有限元分析

国内外大型的有限元软件有许多,就动力非线性分析而言,大型通用有限元软件ANSYS有明显的优势.以Suidan和Schnobrich[1]的试验为比照,利用大型通用有限元软件ANSYS对钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟,其中,混凝土采用ANSYS软件中特有的SOLID65单元类型及其对应的材料模型CONCRETE,钢筋采用LINK8杆单元和随动硬化双线性弹塑性(Kinematic Hardening Bilinear Plasticity)模型来实现.计算结果与Suidan和Schnobrich预示的响应十分吻合,并较好地模拟了梁的压碎和开裂过程.验证了该数值模拟方法以及有限元计算模型的正确性,为动载作用下钢筋混凝土梁非线性有限元分析提供了一有效方法.     

影响蒙皮支撑梁静力性能的若干因素

本文利用几何非线性有限元法分析了蒙皮支撑梁间距、跨度、构件截面开口方向及构初始扭转对蒙皮支撑梁静力性能的影响。研究结果表明，在实际工程应用范围内，梁间距的变化不会对蒙皮支撑梁的性能产生显著的影响。蒙皮的侧向支撑和扭转约束作用能明显改善侧向长细长较大的梁的性能。构件截面开口方向的组合方式对构件性能也有一定影响。构件的初始扭转对蒙皮支撑梁的性能没有显著的影响。     

钢筋混凝土梁冲击响应及其影响因素分析

为研究钢筋混凝土梁在集中冲击荷载作用下的动力响应,考虑梁截面高度、梁配筋率、接触面积、初始冲击速度和落锤质量等因素的影响,运用ABAQUS有限元分析软件对某固支梁进行非线性动力响应分析,并考虑了材料的应变率效应. 结果表明,冲击力峰值和梁的跨中最大位移受接触面积和初始冲击速度影响较大,一定程度上受到梁截面高度和配筋率的影响,而落锤质量对冲击力峰值的影响很小.