有限元中各类单元之间的相似性分析

通过虚功原理对各类单元的单元刚度矩阵K、等效节点荷载P的推导,分析了插值函数的构造方法和插值函数的组成形式．从而得出各类单元之间的相似性。     

大型洞室围岩计算中分期施工计算机程序处理

在有限元程序中设置"0"类区和虚单元,程序能自动识别新开挖边界节点号,并通过施加卸荷荷载的方法计算大型地下洞室分期施工各阶段的围岩变形和应力.虚单元不计算单元刚度矩阵,不参与形成总体刚度矩阵.虚节点无节点力,不形成方程.通过标志矩阵自动搜索新的开挖边界节点,并由单元应力计算出节点的卸荷荷载.     

大型洞室围岩计算中分期施工计算机程序处理

在有限元程序中设置“0”类区和虚单元,程序能自动识别新开挖边界节点号,并通过施加卸荷荷载的方法计算大型地下洞室分期施工各阶段的围岩变形和应力。虚单元不计算单元刚度矩阵,不参与形成总体刚度矩阵。虚节点无节点力,不形成方程。通过标志矩阵自动搜索新的开挖边界节点,并由单元应力计算出节点的卸荷荷载。     

三节点变轴力平面梁柱单元的推导和验证

为了考虑平面框架结构中梁柱构件在变化轴向荷载作用下的P-△效应，采用三节点平面梁柱单元，选用三点插值的Herrnite多项式作为其形函数，根据最小势能原理推导了单元线性刚度矩阵和初应力刚度矩阵，并分别阐述了应用该单元求解结构屈曲荷载因子及迭代计算荷载一位移反应的方法。通过两个简单算例，验证该单元比常规的二节点常轴力梁柱单元更有效，精度更高。     

有限元复合单元的构造方法研究

传统有限单元法中每一种单元都由单一的材料组成,虽然只考虑一种材料的性质给软件编程带来了极大的方便,但是这比利用复合单元进行建模,需要更多的工作量。为此,笔者提出从4节点矩形单元与2节点线单元的虚功原理出发,运用能量方程,来整合两种不同单元。以VC++作为开发工具,利用等参元的特性,根据逆矩阵形函数构造方法编写平面单元的形函数程序,采用高斯数值积分方法,形成普通单元的单元刚度矩阵。然后根据线单元与面单元的节点位移编号,进行单元刚度的整合,进而得到一种包含面单元和线单元的复合单元。同时,通过对平面矩形单元和平面三角形单元与线单元进行复合,用得到的两种复合单元分别对悬臂梁作用端部集中荷载的简单算例进行位移求解,得到的结果与同等条件下ANSYS计算结果进行对比验证。结果表明:两种情况的计算结果都非常接近,复合单元的构造方法正确、可靠,同时也能够减少单元个数。     

预应力混凝土弧形杆的单元分析

建筑物中预应力混凝土曲梁的应用越来越广泛,为编制能设计含有预应力混凝土曲杆单元的建筑结构设计软件,需对预应力混凝土弧形杆进行单元分析。根据力学基本原理导出圆弧形曲杆的单元刚度矩阵和节点荷载列阵,并以等代直杆形式给出常用曲杆预应力等效节点荷载的计算方法。     

双层弹性支承梁的有限元分析

用有限单元法分析了双层弹性支承梁的静力响应.双层弹性支承梁结构由二种平行的梁(上层梁和下层梁)、上层梁和下层梁之间的离散弹簧和下层梁下部的Winkler基础组成.上层长梁、下层短梁、离散弹簧、Winkler基础和作用在上层梁上的荷载视为一个系统,并将该系统进行有限单元离散,梁单元的弯曲形函数采用Hermitian 3次方插值函数,利用变分原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立该系统有限单元形式的平衡方程.阐明了单元刚度矩阵以及在上层梁单元作用竖向集中荷载或分布荷载下单元节点荷载列阵的形成.举例说明了该方法的应用,为类似结构的力学分析提供了一种数值方法.图5,参13.     

2节点6自由度直梁单元

利用构造形函数的方法,得到了2节点6自由度直梁单元形函数表达式,运用变分原理,对梁单元的总势能进行变分导出梁单元的刚度矩阵和节点荷载列阵.以集中荷载作用下的Winkler基础梁为例,分别用2节点4自由度和2节点6自由度梁单元的有限元法计算了梁中点的位移和截面弯矩,计算结果表明:在相同精度的条件下,用2节点6自由度梁单元的有限元法有利于提高计算效率.图4,表1,参12.     

考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法研究

在分析常用计算方法优缺点的基础上,通过引入非线性的桩-土相互作用模型,提出了一种可考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法.首先,采用杆单元对桩体结构进行离散化,计算单元刚度矩阵并合成为总体刚度矩阵;其次,假定基坑内、外侧土压力与桩身位移之间的非线性函数关系,建立非线性的节点荷载函数列阵;再次,根据总体刚度矩阵和节点荷载函数列阵形成总体刚度方程(组),采用Newton-Raphson法求解以得到节点位移列阵;最后,通过单元刚度方程和节点位移列阵反求桩身内力和桩侧土压力.算例分析表明,本文方法计算简单方便,能充分反映桩侧土压力非线性变化的特点,较好地揭示了桩-土相互作用机理,适用于悬臂式排桩内力计算.     

平面梁单元的温度应力

介绍了能量原理在结构矩阵分析方面的原理及应用。以虚位移原理为理论依据,采用MATLAB符号运算的方法,分析了平面梁单元在荷载及温度变化影响下的单元刚度矩阵。计算表明:该方法在形成和求解由平面梁单元组成的工程结构时,具有较大的速度优势及良好的程序可读性。     

火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能的计算分析

为研究火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能,对已有试验结果进行理论分析,并提出计算火灾后构件力学性能简化算法.试验设置1根受火梁及1根对比梁,依据ISO834标准升温曲线对受火梁开展升温试验,静置后,进行受火梁及对比梁常温静载试验.根据实际升温曲线,利用有限元软件对受火梁温度场进行计算,结合常温及火灾损伤后材料力学性能,分析出截面弯矩曲率关系,得出截面抗弯刚度,继而计算出受火连续梁及对比连续梁的弯矩及位移.结果表明:当截面受压区直接受火时,刚度及承载力都有较大降低,其中刚度下降更加显著,当截面受拉区直接受火时,刚度及承载力变化较小;受火梁与对比梁相比,梁弯矩明显更多地向加载点分配,最终导致梁出铰顺序不同,随着荷载增加,常温梁中支座先屈服,继而加载点截面屈服,而受火梁加载点截面先于中支座截面屈服.计算结果与试验结果吻合较好,同时对比分析了传统的计算连续梁的方法,表明其不适用于预测火灾后损伤的连续梁力学性能.     

轴瓦的试验应力和位移计算

研究了多层金属材料轴瓦，在试验载荷作用下合金层的应力和加载点的位移；建立了组合曲力和位移计算公式，并和有限元法及电测法的计算结果进行比较，它们之间相差很小，由此证明，这些公式完全满足精度要求。     

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.     

带钢筋的四节点板单元刚度矩阵初探

充分考虑了钢筋混凝土板中钢筋实际发挥的抗弯作用,将钢筋混凝土中的钢筋作为平面梁单元,既考虑了钢筋的轴向作用,也考虑了钢筋的横向作用、抗弯作用,推导得到了钢筋钢筋混凝土板中钢筋对板单元的贡献矩阵,得到了钢筋混凝土四节点板单元的刚度矩阵。     

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%.     

单向平动微位移工作台的静刚度分析

文章根据梁单元有限元法,把柔性铰链视为变截面梁单元,建立了柔性铰链的单元刚度矩阵;在此基础上,建立了单向平动微位移工作台的有限元计算模型,得到了微位移工作台的位移输出特性;同时,选取不同的柔性铰链参数,用有限元分析软件对微位移工作台进行分析计算并与理论计算进行比较,结果表明2种方法计算的结果相吻合,验证了理论模型的正确...     

杂交／混合有限元的有效算法

本文提出了一种适用于杂交／混合有限元的算法。从单元柔度矩阵到单元刚度矩阵的计算中，能做到既节省内存，又减少运算量，并具体地给出了所需运算量的估算式。