轴压作用下钢管混凝土抛物线拱弹性稳定性能分析及设计方法

钢管混凝土拱具有自重小、承载力高、施工简便等优点,在桥梁工程、隧道支护及渡槽结构中得到广泛应用.随着钢管混凝土拱跨度的不断增加,其平面内稳定问题日益突出.现行规范或规程基于经典弹性稳定理论,采用等效梁柱法计算了其平面内的稳定承载力,但未考虑矢跨比对稳定承载力的影响.采用ABAQUS软件建立钢管混凝土抛物线拱有限元模型,...     

平面钢管桁架拱平面外稳定承载力的参数分析

介绍了桁架拱的分类和失稳特点,对平面桁架拱的有限元模型进行了讨论.采用有限元软件ANSYS分析,对影响平面钢管桁架拱的稳定性的各项几何参数进行研究,几何参数包括结构的高跨比、矢跨比、腹杆与弦杆的比值以及侧向支撑.分别进行了特征屈曲分析和考虑初始缺陷的双重非线性分析,得到各几何参数对平面钢管桁架拱的面外稳定承载力的影响程度.找出对平面钢管桁架拱平面外稳定性起控制作用的参数,从而为一般荷载作用下的平面钢管桁架拱的稳定承载力的设计提供参考.     

东莞水道特大桥面内受力双重非线性有限元分析

提出了飞鸟式钢管混凝土桁式拱桥双重非线性分析有限元计算方法,建立了主跨为278 m的东莞水道特大桥的有限元计算模型,对其面内受力全过程和极限承载力进行了分析.分析结果表明,在极限承载力分析中,应考虑双重非线性问题;飞鸟式拱的钢管混凝土主拱可简化为固定拱计算.     

钢管混凝土拱桥弹塑性极限承载力分析的截面内力塑性系数法

结合钢管混凝土的本构关系模型,基于修正的拉格朗日列式单元增量平衡方程,采用单元节点截面内力塑性系数法建立了钢管混凝土空间拱单元弹塑性刚度矩阵,按当前刚度参数法对材料非线性与几何非线性进行分析,研究了钢管混凝土拱桥空间弹塑性稳定极限承载力非线性分析方法;采用初始内力法考虑阶段间体系转换及弹性内力的传递,计算分析了益阳资江三桥主孔钢管拱桥施工阶段及成桥使用阶段空间弹塑性稳定极限承载力,探讨了仅考虑几何非线性稳定安全系数与弹塑性稳定安全系数之间的区别.研究结果表明:几组钢管混凝土轴心受压构件和偏心受压构件弹塑性稳定极限承载力与试验结果较接近,验证了本文方法与程序正确、可靠;对于钢管混凝土拱桥,弹塑性稳定极限承载力比仅考虑几何非线性的弹性失稳临界力要小,必须考虑弹塑性对稳定安全系数的影响.     

平面钢管桁架拱平面内稳定承载力的参数分析

对平面钢管桁架拱采用有限元软件ANSYS进行分析,对影响平面钢管桁架拱平面内稳定性的高跨比、矢跨比、腹杆与弦杆外径的比值等几何参数进行研究,考虑了全跨、半跨竖向均布荷载的荷载效应。分别进行了特征屈曲分析、非线性分析,得到各项几何参数对平面钢管桁架拱的面内稳定承载力的影响程度,找出对平面钢管桁架拱平面内稳定性起控制作用的参数,并通过考虑用钢量得到最经济的参数取值范围。     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内轴压稳定性能研究

采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土抛物线圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性;然后,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,研究空腹拱的位移发展趋势、对轴力发展趋势和弯矩发展趋势探讨变化情况;最后,根据有限元计算结果,使用考虑矢跨比的稳定系数修正公式,发现修正公式与有限元结果吻合度较好,能够用于指导工程设计。     

平面钢管桁架整体稳定实用设计方法

平面钢管桁架的整体稳定性主要由其受压弦杆的平面外稳定性决定.本文针对上弦简支、承受均布荷载的平面钢管桁架,采用势能原理确定了考虑受压弦杆不均匀轴力影响的计算长度系数和考虑桁架附加扭转效应的承载力折减系数,结合轴心受压构件整体稳定相关设计规定,建立了平面钢管桁架整体稳定承载力实用设计方法.采用有限单元法,对24例不同几何参数的平面钢管桁架进行了线性屈曲分析和考虑初始几何缺陷的非线性稳定分析.由本文实用设计方法计算得到的平面钢管桁架整体稳定承载力与有限元分析结果吻合良好,验证了实用设计方法的合理性和可靠性.最后,通过非线性有限元分析讨论了较大初始几何缺陷(跨度/300)对平面钢管桁架整体稳定性的影响.     

基于拉杆-拱模型的方钢管混凝土轴压承载力研究

为在方钢管混凝土轴压承载力计算时考虑约束效应,在核心区混凝土中虚设压力拱,与钢管壁组成拉杆-拱受力模型,以此来考虑钢管对拱内混凝土的约束效应.所推导的轴压承载力计算模型由钢管抗力项、拱内约束混凝土抗力项及拱外非约束混凝土抗力项组成,模型物理意义明确.收集了198个试验数据对模型进行验证,并与各国规范建议的方钢管混凝土轴压承载力计算公式进行对比.结果表明:本文推导模型所预测的轴压承载力更接近试验值,且计算稳定性更好.通过对材料强度、含钢率、套箍系数等参数进行分析,建议了模型的适用条件.此外,为便于工程运用,给出了本文推导模型的数学表达式.     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内稳定性能

钢管混凝土抛物线空腹拱是在钢管混凝土桁架拱上取消斜腹杆的拱结构。本文采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性。其次,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,并基于ABAQUS的分析结果,采用考虑矢跨比的轴压稳定系数公式,发现该公式能预测有限元计算结果。再次,对跨中加载和半跨加载分别进行一阶线弹性分析,研究钢管混凝土抛物线空腹拱中压力和弯矩的变化规律,并分析不均匀轴力和不均匀弯矩对压弯设计公式的影响。最后,推导出空腹拱的全截面塑性弯矩公式,根据二分法原理利用python语言求出全截面塑性弯矩的数值,并根据有限元的计算结果,提出压弯共同作用下钢管混凝土抛物线空腹拱的设计公式,使其能用于指导工程实践。     

两铰抛物线拱平面内非线性稳定分析

拱的平面内稳定极限承载力设计一直没有成熟的规范指导,本文综合考虑了几何非线性和材料非线性对抛物线实腹拱的影响,利用有限元分析软件ANSYS,讨论了不同的跨度、矢跨比和初始几何缺陷对拱结构屈曲承载力的影响,总结出拱结构平面内稳定性能受这些因素影响的变化规律,并建立了稳定系数和正则长细比之间的关系,为抛物线实腹拱结构设计提供一些有用的结论。     

基于曲边平面谱单元的弹性波传播分析

针对现有的谱单元多将单元几何边界考虑为直线或平面,对具有复杂曲线或曲面形状的结构几何离散近似误差较大,从而影响了弹性波传播分析精度的问题,推导了一种亚参数曲边平面谱单元,对单元几何形状采用二次插值,对位移场函数可采用高于二阶的任意阶插值,并讨论了一般高次曲边/曲面谱单元的推导方法. 以矩形平面结构中的波传播分析为例,对比了曲边谱单元、直边谱单元及常规有限元的数值模拟结果,验证了单元的有效性. 以具有曲线边界的圆环结构中的波传播分析为例,对比了采用曲边和直边谱单元数值模拟结果的差异. 结果表明,采用直边单元近似曲边结构,由于几何误差较大,弹性波传播分析结果误差较大;曲边单元能够获得更好的模拟精度.      

含裂纹功能梯度板能量释放率的ABAQUS用户子程序开发

为求解含裂纹功能梯度板的动态能量释放率,提出了基于非均匀有限元法的虚拟裂纹闭合法.基于有限元软件ABAQUS平台,开发了动态载荷作用下功能梯度材质的哑节点断裂单元,编写了用户自定义子程序UMAT和UEL,求解了动态载荷作用下的含裂纹功能梯度板能量释放率分量.对不同形状因子下的中心和倾斜裂纹功能梯度板的动态能量释放率分量进行了求解,并转化为动态应力强度因子,与差分法作比较.数值算例结果表明,动态载荷作用下功能梯度材质的哑节点断裂单元具有精度高、简捷方便、裂尖无需使用奇异元或特殊单元和子程序通用性强等优点,为工程师求解动态断裂参数提供了新途径.     

热轧机有限元与神经网络集成建模

以某钢厂1580热连轧生产数据为基础,提出一种有限元与神经网络集成建模的方法.该方法首先对轧制过程的塑性变形进行有限元建模,然后结合有限元数值分析方法和智能技术的优点,实现有限元和神经网络的集成建模.集成模型中的神经网络模型为有限元模型提供参数调整的依据,并且在神经网络训练过程中使用改进的混沌粒子群优化算法对神经网络进行优化.通过与现场实际生产数据进行比较,验证了该模型的有效性.     

基于有限元法的桥梁结构稳定性分析

为探讨桥梁结构稳定性分析的方法,以二节点平面杆单元为例,采用有限元法推导了桥梁结构稳定问题的单元刚度矩阵,利用所得单元刚度矩阵和FORTRAN语言编制了有限元分析程序,然后对一门式桥墩中墩的结构稳定性进行了分析,并将临界荷载与欧拉公式及ANSYS所得结果进行了比较,从而验证了该单元刚度矩阵和该有限元法的正确性。     

Navier-Stokes方程的一类矩形元逼近方法

讨论了Navier-Stokes方程的一类矩形非协调元方法.在区域剖分不要求满足通常的正则性条件下,通过相应矩形元及Navier-Stokes投影,得到了与传统有限元相同的最优误差估计,从而扩展了有限元的工程应用范围.     

有限元刚度矩阵的压缩存贮及组集

基于细胞元索引存贮方案，提出一种仅组集有限元刚度矩阵中非零元素的方法，该方法最突出的特点是计算所需内存空间与有限元网格节点和单元的编号模式无关，适于进行自适应网格细化有限元分析。针对刚度矩阵的一维压缩存贮格式，对稀疏矩阵直接解法和预处理共轭梯度法进行探讨，并编制相应的计算机程序对某地铁车辆有限元模型进行分析，计算结果与ANSYS5．7的计算结果相比相对误差不超过2％，说明提出的存贮方案和求解方法是正确、可靠的。     

基于实体壳单元的板壳非线性变形分析

将实体壳单元模型引入显式有限元方法,通过添加12个改善拟应变参数弥补变形缺陷解决闭锁问题,并利用共旋理论和径向返回迭代法更新应力.利用这种基于显式算法的实体壳单元模型对板壳结构非线性变形的标准算例进行计算,并与实体单元及壳单元计算结果进行对比.结果表明,该实体壳单元具有较高的计算精度,可有效地解决板壳非线性大变形分析问题.     

Kirchhoff板弯问题的修正Argyris元方法

主要研究了Kirchhoff板弯问题的修正Argyris元方法. 分析了修正Argyris元和Argyris元的区别和联系，并详细比较了修正Argyris元和一些常用非协调元的自由度的个数. 进一步得到了修正Argyris元方法的先验误差估计. 从实用的角度出发，给出了修正Argyris元的基函数.提出了修正Argyris元方法的后验误差估计子，并证明了其有效性和可靠性.     

钢结构防护门结构优化的数值分析

为了评估现有钢结构防护门门扇结构设计的合理性,进一步优化其结构构件的合理布局,以典型钢结构防护门为研究对象,应用AN SYS有限元软件,建立了参数化有限元模型和优化数学模型,用AN SYS参数化设计语言编制了有限元分析文件及优化控制文件,对防护门的截面和骨架梁布置方式进行了优化计算与分析,并研究了优化后防护门抵抗核爆炸和常规武器爆炸的能力。研究结果表明,将有限单元法与优化设计方法相结合应用于钢结构防护门的计算机辅助优化设计是可行和有效的。     

ALE有限元法解二维自由面流体大晃动问题

从Navier-Stokes方程和连续性方程出发，在ALE描述下，用四边形单元对所求区域加以划分；并借助于Galerkin加权余量法导出相应的有限元方程组，在有限元计算中速度和压力均采用四节点线性插值函数；通过二维自由面流体大晃动问题实例的计算，给出相应的计算结果，阐明了该方法的优越性和局限性。