一种考虑剪切变形影响的矩形板弯曲单元

用单位宽纵横向条带法构造了矩形板弯曲单元的位移模式,并假定横向剪切应变在单元内线性变化,由此推导出了一个具有２０个自由度的矩形板弯曲单元计算殂式,此方法满足了单元边界Ｃ＾１连续条件,克服了“剪切自锁”,可用于大型板系结构的计算。     

考虑有限转角下薄壁构件稳定理论及其应用

为了解决传统稳定理论的两个力学缺陷,引入半切线转角矢量作为构件转角的变量,由二阶转动矩阵推导出梁单元的二阶位移表达式,并利用有限变形理论,得出构件位移与应变的非线性关系,通过Bernoulli平截面弯曲假定得出转角与侧移导数.运用薄壁构件稳定理论,推导出构件弯扭屈曲的总势能,证实了传统理论,解决了传统理论中的缺陷,能够适用各种边界条件和荷载条件下的弯扭屈曲分析.     

板式结构体系的箱形平板薄壳单元

为简化板壳结构的计算,根据板式住宅墙板的受力和变形特点,提出一种新型的箱形平板薄壳单元。这种单元在平面弹性变形和板弯曲相似的基础上,将平面弹性单元转化为板弯曲单元。在计算的过程中板的弯扭内力和拉压内力单独计算,然后进行叠加,形成一种广义位移协调单元。数值算例验证表明:这种单元能通过分片验证,并且具有等参元的性质,与弹性单元相比具有基本相同的精度。在模拟板式住宅体系时具有剖分简单、计算效率高的特点。     

薄壁截面曲梁的弹性稳定平衡方程

由于曲梁中初始曲率的存在,曲梁变形中的弯曲、扭转、翘曲大多是相互耦联的,常为弯扭变形,导致了曲梁理论分析及其复杂.基于薄壁构件分析的基本假定,采用薄壁圆弧曲梁的精确翘曲位移表达式,导出了任意截面曲梁考虑几何非线性情况下的总势能,根据欧拉公式得到了曲梁的稳定平衡方程.     

基于带面内转角自由度四节点平板壳单元的板壳非线性分析

针对矩形平板壳单元在工程结构,例如大跨度桥梁数值分析实践中的广泛应用,采用具有给定位移模式的纵、横向离散条带描述单元整体位移场.该位移场由2个部分构成,即单元中面膜位移和横向挠曲变位,其中面内位移由包含节点转角自由度在内的节点位移参数沿纵、横向条带顺次插值得到,而横向变位表示为双3次Hermite多项式乘积形式.单元模型确保位移及应变分量在单元内部和相邻单元之间连续,物理概念明确,提高分析精度与可靠性.通过选取受弯方形薄板弹塑性分析及圆柱壳体大变形、大转动2个经典算例,发现本文计算结果与经典解析解以及其他数值解十分接近.提出的板壳单元位移模型可以有效地解决复杂板式结构稳定极限承载力分析问题.     

框架-复合剪力墙结构水平位移的计算方法

基于框架-剪力墙的结构位移计算方法,引入密肋复合墙体的剪切变形,分别建立了框架-复合剪力墙结构在倒三角形荷载、均布荷载及顶部集中荷载作用下的水平位移微分方程,给出了水平位移的解析解,并以一12层框架-复合墙结构为例进行分析.结果表明,框架-复合墙结构的剪切变形使总水平位移显著增加,且所占总位移的比例较大,位移计算必须计入剪切变形.文中还比较了框架-复合墙结构与框剪结构在位移、刚度等主要力学性能方面的异同,发现两种结构都以弯剪变形为主,但剪切变形在两者总位移中所占的比例差别很大;复合墙是一种"变刚度、变阻尼"的受力构件,框架-复合墙结构中当层间位移角为1/250时框架处于最不利受力阶段.     

网格式框架的等效抗侧刚度分析

为了解网格式框架抵抗水平荷载作用的能力,基于D值法,假定轴力在结构横截面上呈线性分布,且考虑弯曲变形和剪切变形的影响,得到了在倒三角形分布荷载、均布荷载和顶点集中荷载等作用下结构的等效抗侧刚度公式,并用有限元法及试验做了对比.结果表明:结构侧移以剪切变形为主,但弯曲侧移的影响随结构高度的增加而增加,因此应考虑弯曲侧移对总侧移的影响;中柱的轴向变形对结构抗侧刚度及侧移的影响较小;与有限元法及试验结果的折算抗侧刚度相比,本文的等效抗侧刚度公式具有理想的计算精度,可用于预估结构的抗侧能力.     

钢混凝土组合结构的非线性有限元分析

提出了一种基于构件截面分层研究的钢混凝土组合梁柱单元，由于它较准确地考虑了混凝土开裂软化以及钢的应变硬化等材料非线性的影响，同时也考虑了构件各截面的中和轴变化且单元在变形过程中保持了轴向力的平衡，避免了常用梁柱单元受等轴向应变假定的限制，因而放宽了单元划分的要求．该方法简单有效，易于在计算机上实现，适合于对具有组合构件的结构作整体的极限状态分析．     

一种边界上满足C1连续条件的4结点圆柱壳单元

基于Kirchhoff假设的薄壳理论,不考虑横向剪切变形的影响,采用单位宽纵横向有限条带,构造了一种仅含有3个位移场函数,且在弯曲位移模式上满足C1连续条件的4结点圆柱壳单元.该单元自由度少,符合收敛条件,且能够正确地满足圆弧形边界条件,考虑了薄膜效应和弯曲作用之间的耦合关系.经验证不仅计算速度快,计算精度也较高.     

弯剪型-弯曲型双重抗侧力结构体系水平位移的解析解

对中高层弯剪型-弯曲型双重抗侧力结构体系的水平位移计算方法进行了研究.将弯曲型子结构视为仅发生弯曲变形的悬臂墙,将弯剪型子结构视为同时发生弯曲变形和剪切变形的Timoshenko悬臂墙,在此基础上建立了弯剪型-弯曲型双重抗侧力结构体系的位移微分方程,结合边界条件,推导了均布荷载等三种荷载下结构的弯曲变形、剪切变形和总水平位移的解析解.探讨了弯剪型-弯曲型双重结构与剪切形-弯曲形双重结构位移计算方法的关系.结果表明,剪切形-弯曲形双重结构可视为弯剪型-弯曲型双重结构在弯剪型子结构抗弯刚度取无穷大时的一种特殊表现形式.     

梳齿形柔性铰链的设计与分析

提出了一种基于平面折展机构的梳齿形状的新型柔性铰链,设计了该铰链的结构形式,并对其进行了分析,推导出该结构形式铰链的弯曲等效刚度计算公式.通过设计实例的理论计算和有限元仿真分析,验证了计算公式和仿真模型的正确性,同时也验证了新型铰链的弯曲等效刚度在较大角位移下仍能保持良好的线性.对设计实例的强度进行了校核,在铰链达到最大角位移时具有较大的安全系数,并对设计实例的扭转等效刚度进行了仿真分析.最后,将设计实例的弯曲等效刚度与文献给出的IT-LEJ及LET铰链的弯曲等效刚度进行了比较.     

轿车车身强度及刚度有限元分析

为了便于修改和调整轿车整车的有限元模型,提高有限元模型生成速度,对轿车车身和车架的强度和刚度进行有限元分析。应用参数化曲面造型技术、参数化变量技术实现整车的映射网格自动剖分,应用薄壳单元和厚壳单元模拟车身和车架,建立了全板壳单元轿车车身骨架有限元计算模型。采用映射网格单元来分析计算,优化处理存储数据,使得车身、车架变形和应力分布的分析计算速度更快、精度更高,并且获得更好的分析结果。在弯曲、扭转工况下对轿车车身进行强度、刚度分析,计算出变形和应力最大部位,并依据最大应力区,提出改进方案,降低了最大应力。     

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.     

Stability Analysis of Spatial Cubic Spline Geometric Nonlinear Beam Element Considering the Second-Order Effect

To analyze the stability problem of spatial beam structure more accurately,a spatial cubic spline geometric nonlinear beam element was proposed considering the second-order effect.The deformation field was built with cubic spline function,and its curvature degree of freedom (DOF) was eliminated by static condensation method.Then we got the geometric nonlinear stiffness matrix of the new spatial two-node Euler-Bernoulli beam element.Several examples proved calculation accuracy of the critical load by meshing a bar to one element using the method of this paper was equivalent to mesh a bar to 3 or 4 traditional nonlinear beam elements.     

基于等效耦合刚度的平面折展滑块机构分析

柔性铰链是实现平面折展柔顺机构运动的关键部分。如何设计得到柔度好、精度高的柔性铰链一直是柔顺机构研究的关键问题。综合考虑影响平面折展机构铰链刚度和精度特性的等效弯扭及拉压刚度,以LET铰链为例,分析在不同载荷下各个参数对弯扭与拉压等效耦合刚度的影响趋势,从而提出弯扭与拉压等效耦合刚度的概念。通过大量的实例计算和分析,推导出LET铰链弯扭与拉压等效耦合刚度的经验公式。基于等效耦合刚度经验公式,对平面折展柔顺滑块机构进行分析。应用等效耦合刚度公式与不应用等效耦合刚度公式两种情况的分析结果和有限元仿真结果表明,应用等效耦合刚度经验公式的滑块位移计算精度得到很大的提高,验证了等效耦合刚度经验公式的适用性。     

离散剪切约束的4节点矩形弯曲单元

提出一种基于Ｍｉｎｄｌｉｎ理论的４节点矩形薄板单元，该单元满足应变能正交准则下的收敛性充要条件，具有插值方式简单和相当二次数值精度等优点。在避免单元剪切自锁中，引入较严格沿单元边界法向剪切应变约束处理技术，使单元具有真实Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ单元的变形特点。     

风荷载作用下的钢结构拱的安全分析

宁波大红鹰职业学院内的人行景观桥上设有一装饰性钢拱,该钢拱在风荷载作用下的安全性是设计者所关心的内容.为了准确有效地校验该钢拱的安全性,本文将钢拱拱肋等效为杆系单元,通过有限元程序Ansys计算了其在风荷载和重力荷载下的应力、位移、失稳形态以及稳定系数,验算了其强度、刚度和稳定性.结果表明: 该钢拱完全满足强度、刚度以及稳定性要求.     

铝合金板式节点初始刚度

铝合金板式节点变形分为节点板中心区域变形、节点板与杆件错动以及杆件自身变形三部分.对铝合金板式节点的受弯机理进行分析,得到节点初始弯曲刚度公式.在试验基础上,分析试件的抗弯性能,得到弯矩-转角曲线.采用ABAQUES软件对节点进行数值模拟,数值结果与试验结果吻合较好.通过参数分析得知节点板厚度、杆件截面高度、螺栓数量及节点板半径对节点初始弯曲刚度的影响.最后将理论结果分别与数值结果和试验结果进行比较,验证了公式的合理性.     

外伸式端板连接节点变形研究

针对当前端板连接节点的半刚性,采用通用的有限元程序,对门式刚架外伸式端板连接的5种典型的节点进行了受力及变形分析,探讨了有加劲肋的外伸式端板连接节点的变形机理.针对不同构造的节点,分析了节点的最大等效应力?节点转角及节点刚度,探讨了此类节点半刚性的原因,发现端板连接节点的变形主要是由节点域腹板剪切变形和节点下部柱身变形引起的.通过合理的构造措施,可使该类节点的刚度明显提高.     

矩形板动力刚化有限元分析

在有限元方法中首次引入了单元耦合形函数（阵）,以此将单元弹性位移表示成为单元结点位移的二阶小量形式,利用几何非线性的应变－位移关系式,在小变形假设条件下确定了单元耦合形函数,在此基础上,根据Ｋａｎｅ方程,运用模态坐标压缩,并采用适当的线性化处理,得到了包含动力刚度项的线性动力学方程,针对矩形板编制了动力刚化有限元分析程序,仿真算例证明了理论和算法的正确性。