斜拉网架多阶段加载内力分析方法的研究

系统介绍了斜拉网架结构内力分析方法.把塔柱简化为空间刚架单元,把网架杆件简化为空间桁架单元,对斜拉索采用等效线性空间单元.假设塔柱与网架连接处的横截面为刚性平面,据此建立"变形协调转换矩阵",使塔柱总节点刚度矩阵与网架总节点刚度矩阵耦合在一起,建立斜拉网架结构刚度矩阵.对一个"四塔柱正交斜放四角锥斜拉网架"进行了计算分析,验证了文中方法的正确性和有效性.     

八面体桁架单元及其派生系所构成的空间伸展臂

基于空间机构学和拓扑理论,提出了5种八面体及其派生桁架单元;根据平衡矩阵的条件数和刚度矩阵的条件数与最小特征值,评价基本单元的结构特征。由基本单元构造了展开单元,进而构造了空间伸展臂;阐明了展开单元与伸展臂的工作机理,分析了机构特性,推导出单元体系转换过程的详细几何列式,验证了张力体系中力学与几何形式的统一,并更正了某些观点。     

空间桁架结构电算方法研究

本文对空间桁架结构进行力学分析,在公共坐标系下以杆件单元的结点坐标为基础,建立空间桁架结构的单元刚度矩阵,在此基础上,给出空间桁架结构电算方法程序实现的计算示例.     

节点刚度对管桁架拱稳定性的影响

为研究节点刚度对管桁架拱稳定性的影响,在节点弹簧单元和壳单元滞回性能一致性得到验证的基础上,采用往复荷载下的变刚度弹簧模型代替壳单元考虑节点的半刚性。弹簧模型的节点刚度方程由节点域壳单元模型在往复荷载加载作用下的骨架曲线确定。以矢跨比为0.29、跨度为50 m的管桁架拱为算例,采用材料与几何非线性有限元法对节点域弹簧模型和普通模型进行稳定性分析。结果表明：“静力失稳模态”为空间管桁架拱的最不利初始缺陷形式;节点刚度对管桁架拱的承载力影响程度与考虑初始缺陷的大小、分布形式和荷载作用范围有关。     

齿板滑移对轻型木桁架挠度的影响

以齿板连接轻型木桁架为研究对象,研究了齿板滑移对木桁架各结点位移的影响。采用有 限元分析方法,运用弹簧的串联原理将两个虚拟变刚度单元及一根实体杆单元整合为等效刚度杆件单元,建立单元刚度矩阵和整体刚度矩阵,再运 用普通桁架的计算理论来计算引入变刚度单元模拟齿板连接的受力情况及位移情况。根据以上原理用Fortran90编制了齿板连接木桁架MPT Design设计程序,并根据木结构试验规范要求通过木屋架试验验证该程序的正确性。     

应用杂交变分原理构造过渡单元刚度矩阵

在有限元方法中,基于修改的变分原理的杂交模型比协调模型具有更大的灵活性,本文将这种杂交模型用于构造过渡单元的刚度矩阵。由于放松了连续性要求,在单元边界和单元内部可以分别构造有限元子空间。这种杂交过渡单元能够根据需要和其它类型的单元相配合。文中以二阶泊松方程边值问题为例,给出了杂交过渡单元刚度矩阵的计算公式和不同单元相配合的示例。     

三维纤维梁单元增量非线性有限元分析

以三维连续体介质力学和虚位移原理为基础,推导了增量更新拉格朗日(UL)列式,此列式中保留了大位移增量刚度矩阵项,并对此刚度矩阵进行修正使其成为对称矩阵.根据增量UL列式,推导出小应变、大位移、大转动三维纤维梁刚度矩阵.该梁单元的刚度矩阵考虑了复合材料非线性、大位移、大转动高度几何非线性.该单元采用平截面假定,忽略剪切变形的影响,以轴线节点的位移表示截面上任意一点位移.根据以上理论编制了分析程序,通过对几个算例分析,证明该方法的精确性、通用性.     

空间桁架有限元分析向量化编程技术研究

利用基于MATLAB的向量化编程方法,研究了空间桁架有限元分析中单元刚度矩阵形成、边界条件处理、单元应力与约束反力求解等关键问题的编程技术,所编程序具有语句简洁、数学物理意义清晰和运行效率高的优点,可以方便地应用于桁架结构的工程计算和有限元教学.     

基于小波包和支持向量机的结构有限元模型修正

提出了基于小波包变换和支持向量机(SVM)原理对大型空间网架结构有限元模型进行修正的方法.首先建立半刚性节点固结系数表示的空间网架单元刚度矩阵,通过对结构加速度信号进行小波包分析,提取小波包信号成分节点能量作为SVM模型的训练样本,建立SVM模型.其次由训练好的SVM模型,识别出节点的固结系数.最后将得到的节点固结系数代入空间网架结构的单元刚度矩阵,再由坐标变换得到修正后的结构总的刚度矩阵,从而实现网架结构的有限元模型修正.数值仿真结果表明该方法能对空间网架结构的有限元模型进行有效修正.     

基于共转法U.L.列式三节点壳元几何非线性有限元分析

以三维连续介质力学和虚功原理为基础,推导出增量U.L.有限元列式,该列式保留了大位移增量刚度矩阵项,通过对该刚度矩阵进行修正可使之成为对称矩阵.根据该增量U.L.列式,文中采用三边形的形函数推导了三维三节点壳元的切线刚度矩阵,并考虑了横向剪切应力的影响.在求解增量方程时,采用CR(Co-rotational)法,将刚体位移从节点位移增量中扣除,得到节点纯变形增量,利用小应变理论计算单元内力.编制了非线性有限元程序,通过算例进行了几何非线性分析,验证该理论的精确性、高效性和通用性.