大转动三角形平面单元有限元分析的共旋坐标法

基于能显著减小单刚计算量的场一致性原则,遵循标准的共旋坐标法,导出了三角形平面单元在大转动、小应变条件下的单元切线刚度矩阵.利用这一非对称的单元切线刚度矩阵编制程序,运用该程序对悬臂端作用有集中力的平面悬臂梁进行了计算.计算结果表明,所提出的单元切线刚度矩阵列式正确,该单元刚度矩阵虽然不对称,但计算较简单.这在非线性计算中对于减小由于计算机位数限制带来的累积舍入误差和提高迭代的收敛性具有重要意义.     

大转动对称平面梁单元共旋列式研究

针对已有研究中共旋法非线性平面梁单元存在切线刚度矩阵不对称的问题,以合理选择平面梁单元共旋坐标系的原点及坐标轴方向入手开展研究。首先,将单元共旋坐标系原点设在梁单元左右节点坐标的平均值处,轴则始终为单元左节点指向右节点的连线方向,该坐标系随节点的刚体转动和平动而运动,在扣除单元刚体位移的基础上计算出单元节点坐标和位移;其次,基于结构坐标系与共旋坐标系下虚功相等的原理再结合几何一致性原则,建立平面梁单元在大转动、小应变条件下具有对称性的切线刚度矩阵和节点抗力算法,结合能将荷载增量法与位移增量法统一于一体的非线性方程组求解方法开发相应计算程序,并对梁端受弯矩的悬臂梁和William肘式框架算例进行计算和对比。研究结果表明：对于前一个算例,将梁等分成20个单元,采用荷载增量法,分成10级均匀加载,得到的数值解与解析解吻合良好,即使在悬臂梁弯曲为1个圆时,两者的差别不到0.000 1,完全可忽略不计;对于后一个算例,将框架每根杆件均匀划分成10个单元,在非线性方程组求解方法转换为位移增量法以后,不仅能顺利通过荷载-位移曲线的极值点,而且计算结果与William的试验结果基本一致。研究成果为平面...     

基于共旋坐标法的张拉整体结构弹塑性静力分析

为研究张拉整体结构的弹塑性静力特性,引入一种适用于求解大转动小应变的高效有限元算法——共旋坐标(CR)法.将空间杆单元的大位移分解为整体坐标系下的刚体位移和局部坐标系下的小变形,推导出了单元切线刚度矩阵的新表达式.采用一种结合荷载增量策略和Newton-Raphson法的非线性有限元算法对一个四杆张拉整体结构单元体的几何非线性弹塑性特性进行了研究.结果表明:相比于传统的TL法和UL法,采用CR法对张拉整体结构进行非线性静力特性分析具有更高的计算效率;四杆单胞结构下层构件的刚度大于上层构件的刚度;自应力系数的增大会导致四杆单胞结构变硬,且结构受压时的表现比受拉时更为明显;相比于结构的弹塑性响应,自应力系数在结构的弹性响应中扮演着更重要的角色.     

用四边形平面应力单元进行平面梁的几何非线性分析

采用共旋坐标法导出了四边形平面应力单元在大转动、小应变条件下的几何非线性单元切线刚度矩阵,在此基础上编制了相应的有限元程序.为了验证其正确性,用在悬臂端作用有集中力的平面悬臂梁来进行校核.计算结果表明,随着单元网格的加密,计算值越来越趋近于解析值,且计算值对单元形状的改变不是很敏感.由此说明所推导的四方形平面应力单元在大转动、小应变条件下的几何非线性单元切线刚度矩阵是正确的,在类似问题的分析中有一定的参考价值.     

基于实体退化组合单元的钢筋混凝土多梁式T梁非线性分析

根据实体退化壳单元理论,推导单元的位移场,建立钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元模式,其中纵向受力钢筋采用空间杆单元处理,并推求了其对实体退化组合单元刚度矩阵的贡献。采用Ottosen四参数屈服准则,考虑混凝土的材料非线性,以及通过V.Karman假设考虑了结构的几何非线性,分析几何非线性对此结构的影响。典型算例分析表明:考虑双重非线性的钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元的计算结果与试验资料吻合良好;当偏载加载时,加载端边梁的受力钢筋应力发展较为迅速而首先达到屈服应力,其余各主梁的受力钢筋应力依次发展,直至结构破坏;对于钢筋混凝土多梁式T梁类实体结构,材料非线性效应明显,但几何非线性效应在一定范围内可以不计入。     

基于共旋坐标法的空间桁架几何非线性分析

以往提出的共旋坐标法中,随动与整体坐标系的转换矩阵的计算需要中介值,对于大型工程结构会影响计算效率,且共旋坐标法在有限元程序中的实现多基于面向过程技术,以至数据不易管理、功能难以扩充,此外桁架何时考虑几何非线性也缺乏研究。本文归纳对比了两种常用的共旋坐标法理论,基于整体坐标系原点来建立随转坐标系,给出无需中介值的空间桁架转换矩阵及杆端抗力的具体表达式,并基于此法,使用C++语言在基于面向对象技术的程序Aduts中实现空间桁架单元,进一步简化了共旋坐标法的计算,使其在有限元程序中的数据管理、二次开发和维护更简便。设计典型算例验证了本文桁架单元的正确性,并通过参数分析研究桁架的几何非线性,结果表明桁架的几何非线性不能单纯以经验理论即应变达到5%为判断依据,而需结合拱跨比的值来确定。     

钢筋混凝土空间梁单元刚度矩阵研究

采用2个节点和7个自由度的形式描述钢筋混凝土(RC)空间梁单元的变形,进而导出梁单元应变矩阵B,并根据一般刚体计算公式得出RC梁单元刚度矩阵Ke.与此同时,考虑了三种情形下,即不考虑横向剪切、考虑横向剪切和考虑横向箍筋时的Ke的显式.实例证明箍筋能使承载力提高15%～20%.     

考虑材料非线性时钢筋混凝土平面梁单元刚度的计算方法

在Cranston修正刚度矩阵迭代方法基础上,通过分步迭代措施和引入惩罚因子,对Cranston迭代方法进行了修正,解决了考虑材料非线性时,Cranston迭代方法计算钢筋混凝土平面梁单元的刚度有时不收敛的问题．     

用共旋坐标有限元法分析高层建筑框架结构的二阶效应

虽然分析平面框架二次效应的方法早在20世纪80年代就已提出,但其中许多工作过分复杂或简单,值得改进.采用共旋坐标法准确地导出了平面梁单元发生大转动小应变时的单元切线刚度矩阵,并利用该单元切线刚度矩阵的列式和Newton-Raphson迭代法开发了1个FORTRAN程序NPFSAP,从而获得了高层框架结构二阶效应的高精度数值解,由此发现高层建筑的二次效应与水平荷载的关系不明显,但建筑物刚度越小,竖向荷载越大,建筑物层数越多,二次效应越明显.提出了1个高层框架中柱二次效应的计算公式,为工程设计人员提供了准确计算框架弯矩的办法.     

钢骨转换梁结构受力性能的有限元分析

结合某高层建筑的钢骨混凝土转换梁设计,利用有限元分析了钢骨混凝土转换梁结构与上部剪力墙共同作用下的应力、位移分布。通过建立三维块体弹性单元,利用ANSYS8.0分析软件按照特殊路径计算了该建筑中的钢骨转换梁结构体系的内力与挠度,得到的模拟数值结果与实际工程计算结果吻合良好,并通过对数值结果的分析总结了钢骨混凝土转换梁受力性能的特点。本文采用的分析方法可为钢骨混凝土转换梁与上部剪力墙共同作用的理论研究提供参考。     

钢筋混凝土深梁非线性有限元分析

首次将双剪统一强度三参数准则用于钢筋混凝土深梁的非线性有限元分析．采用等效单轴应力应变关系，将混凝土弹塑性破坏准则与混凝土的正交各向异性结合起来，计算结果与实验符合较好．     

CFRP筋混凝土梁受弯承载能力有限元分析

碳纤维筋在混凝土结构中的研究及应用是目前土木工程领域研究的热点。根据FRP筋的力学特性,结合钢筋混凝土受弯构件的基本理论．应用ADINA软件对碳纤维筋（CFRP）混凝土梁简支弯曲试验进行非线性有限元分析,给出有关设计及应用的建议。     

CFRP加固钢筋混凝土梁滞回性能试验与有限元对比研究

本文采用ANSYS有限元分析软件模拟低周反复荷载试验,分别对两根CFRP加固RC梁和一根普通RC梁的滞回性能进行了分析,然后分别与试验所得滞回曲线进行对比;研究表明:有限元分析结果与试验结果吻合较好,能够证明普通混凝土梁的滞回环较加固梁要饱满,耗能面积大,但承载力比加固梁则偏低。     

CFRP布加固RC梁的ANSYS有限元分析

采用ANSYS有限元软件。对非预应力碳纤维布与预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁进行仿真分析，在有限元分析中采用升温法施加预应力。通过实例对比分析表明：建立合理的有限元分析模型，并采用合理的求解策略，基于ANSYS的有限元分析结果与试验分析结果吻合较好，可在一定程度上有效替代试验分析方法，从而减少试验所需的时间和费用。     

带混凝土边缘构件的配筋砌体剪力墙抗弯性能的有限元分析

采用有限元方法,使用ANSYS有限元分析软件,研究混凝土边缘构件截面、配筋率及墙片轴压比、高宽比对配筋砌体剪力墙的影响,得到边缘构件对配筋砌体剪力墙的抗弯能力有较大的提高,使得墙片的延性有很好的改善.工程中可以较好的发挥其作用.     

用有限元法求解钢筋混凝土梁长期荷载下的挠度

导出了求解钢筋钢混凝土梁变形的单元刚度矩阵;用有限元法求梁的挠度时,考虑了混凝土的徐变与收缩的影响,将梁１半跨取为１个单元,梁２半跨取为１个、２个、３个单元求解出的梁跨中挠度值与试验结果非常接近。     

钢骨混凝土梁徐变效应分析

研究了徐变效应对钢骨混凝土梁受力性能的影响.给出徐变函数数学模型,应用黏弹性理论,建立钢骨混凝土梁徐变效应分析模型,研制钢骨混凝土梁徐变效应分析计算程序,研究了钢骨混凝土简支梁在徐变效应影响下的承载能力、应变变化、变形性能及交接面滑移等性能.计算结果表明,沿梁长范围内,跨中截面处的弯矩、应变和变形最大,滑移最小;在荷载作用后的初始阶段,跨中弯矩、应变、变形和滑移均有明显变化,之后各参数值随着时间的增长趋于一定值.     

钢筋混凝土梁抗弯承载力有限元分析

利用大型通用有限元软件ANSYS10．0,对钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了有限元仿真分析,包括开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、挠度、裂缝、应力应变分布等．仿真结果与理论结果吻合很好．此方法可以应用于钢筋混凝土梁构件承载能力的分析．