旋转结构非轴对称变形的有限元分析

利用旋转结构的几何特殊性,将位移沿环向展开为Fourier级数,在子午面内将旋转结构进行有限单元剖分,从而大大地减少了网格剖分的工作量和计算机的分析时间.为便于分析旋转壳,采用没有转角的8节点退化等参单元,可以方便地应用于组合结构的有限元分析.     

旋转结构非轴对称变形的有限元分析

利用旋转结构的几何特殊性，将位移沿环向展开为Fourier级数，在子午面内将旋转结构进行有限单元剖分，从而大大地减少了网格剖分的工作量和计算机的分析时间。为便于分析旋转壳，采用没有转角的8节点退化等参单元，可以方便地应用于组合结构的有限元分析。     

带旋转自由度的四边形平板壳单元

基于Kirchhoff假设,运用广义协调技术,将线位移和转角位移相互独立的位移场引入面内旋转自由度,构造出任意四边形4节点24自由度的平板壳单元;运用U.L.列式,建立了该单元的切线刚度矩阵.算例表明,该单元在板壳结构几何非线性分析中具有良好的精度,且能很好地解决梁单元和板壳单元的连接过渡问题.     

带旋转自由度拟协调三角形板壳单元

将拟协调三角形罚函数板单元和Allman二次膜位移插值模式相结合,通过在膜内增加一个旋转自由度参数,构造一种新的Mindlin三角形板壳单元。采用这一单元对板壳结构的线性和几何非线性问题作了分析。数值计算表明,该单元不仅克服了用板单元拟合壳体分析中的病态,而且使单元在保持弯曲精度的同时大大提高了膜内变形的精度。     

基于相对自由度壳的非线性动态分析

为了简便有效地解决板壳结构的大变形问题 ,针对16节点相对自由度壳单元进行研究。该单元的位移场由壳的中面节点位移和上表面节点的相对位移组成 ,不带有转动变量。所有的研究都是基于完全的三维位移、应力、应变场。利用 Hu- Washinzu变分原理 ,采用拟应变法 ,对应变场另行假设 ,能够改善该单元在大变形情况下的计算精度。通过引入 Wilson非协调模式 ,构造了大变形情况下的拟应变场表达式 ,给出了该单元用于解决非线性动力分析问题的有限元求解方程。算例表明 :该文针对相对自由度壳单元提出的方法及推导的公式 ,能够解决壳的弹塑性大变形动力分析问题     

求解旋转板、壳振动问题的半解析有限元分析

根据小变形弹性理论,用有限棱柱法解决了旋转板、壳自由振动的问题·通过分析旋转板、壳被分成若干个半解析的环形棱柱单元,位移函数采用环向为解析的三角级数而径向和轴向为离散的插值函数,推导出刚度和质量矩阵,计算了板、壳实例,并与实验值作了对比,得到了很好的结果     

混合型网壳结构的有限元法分析及受力特性的研究

混合型网壳是一种新型空间结构形式，采用板壳元、空间梁单元、杆单元的组合结构有限元法对这种结构的受力特性作了探讨分析。通过分析混合型扁网壳结构的位移、内力分布规律，验证了该结构设计应用的合理性和现实意义。     

具有转角自由度的曲面矩形扁壳元

扁壳单元中引入结点转角自由度可以在不增加结点的情况下,增加位移场的阶次,提高计算精度,从而显著地提高单元性能。利用广义协调薄板单元RGC-12的位移函数作为扁壳元的法向位移,利用广义协调矩形膜元的位移函数作为扁壳面的切向位移,构造了一个具有转角自由度的4结点广义协调曲面矩形扁壳元。并通过实例分析对该单元的收敛性和精度进行了验证,数值算例的结果表明,该单元收敛稳定迅速,用较少的自由度就获得了很高的精度,是一个性能良好的壳单元。     

弹性薄壳大变形分析的杂交应力法

本文基于增量余能原理,导出了用于板壳几何非线性分析的假定应力杂交模型。根据单元体边界和内部位移的协调内插以及满足单元体内应力平衡的应力分布假定,列出了有限元的公式,而最后的矩阵公式中只包含节点的未知位移。由此我们建立了3节点、15个自由度的三角形扁壳单元。考虑到计算量的原因,我们对这种单元的应力平衡条件进行了简化处理,仅采用部分满足应力平衡方程的非一致模式。有关公式都是在当前的拉格朗日坐标系统中建立的。数值计算结果表明,用杂交应力模式来分析板壳结构的大变形是很有效的。     

旋转壳的应力分析Ⅰ、静力部分

§1 引言 旋转壳的应力分析是近代工程中常见的重要课题。例如在发电厂大型冷却塔结构设计和机械工业中的容器与壳形元件等的设计中都会碰到。 本文提供用有限单元法解旋转壳的一个方案。方法的基本思想是按平行圆将壳体分为若干段,每一段为一单元,并把这些节圆上的位移u、v、w及它们对弧长的导数(?)u/(?)s、(?)v/(?)s、     

旋转厚圆柱壳振动特性分析

为研究旋转厚圆柱壳的动力特性 ,采用九结点退化壳体单元有限元法 ,对于壳体达到平衡位置以前的状态 ,采用非线性板壳理论求解 ,然后采用线性理论研究圆柱壳的动力特性。模型中考虑了科氏加速度 ,离心力 ,初应力的影响。分析结果显示旋转厚圆柱壳具有复杂的三维模态 ,旋转速度对不同模态的固有频率的影响不同。该研究为高速离心机、航空发动机等旋转机械中的圆柱壳结构的设计和故障诊断提供了理论依据和分析方法     

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.     

预应力混凝土多梁式梁桥的非线性壳单元模型及极限承载力研究

本文研究了预应力混凝土多梁式梁桥的非线性壳单元计算模型,对多梁式梁桥进行了非线性全过程分析。采用弥散裂缝模式、Ottosen屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土开裂、屈服和压碎非线性性质后,引入实体退化壳单元理论,对混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,并根据位移协调性推求了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献,研究了一种非线性组合-分层壳单元计算模型,并编制了相应的三维非线性壳单元计算程序。结合破坏性试验资料可知,非线性计算结果与试验数据吻合良好,并对普通钢筋和预应力钢筋应力发展规律进行研究。研究表明对于预应力混凝土多梁式梁桥这类薄壁结构,采用本文提出的非线性壳单元计算模型来研究其非线性行为是有效的,此单元具有良好的数值稳定性和收敛性。     

复合材料旋转壳的大变形有限元分析

由于纤维增强复合材料的重量轻,比强度高及可设计性等优点,目前在宇航工程结构中,由这种材料制成的旋转薄壳得到广泛应用。大量实验表明,这种结构在工作载荷下一般都处于大变形状态,因此考虑大变形引起的几何非线性的强度分析是十分重要的。 文章根据Novozhilov的非线性壳体理论,假定壳体绕其周向座标轴转动引起的非线性项是主要的,而其它次要部分可以忽略。即:应变的非线性部分为在进行有限元分析中采用双曲拟协调旋转壳单元,这种单元不仅在几何和受力方面较通常的截锥单元更为符合实际,而且能自然,方便地解决顶点的奇异性问题和保证单元…     

有限元中的拟协调元及在构造双曲壳单元上的应用

本文以弹性力学连续性方程的弱形式出发，用网线函数推导出了近似的协调元即拟协调元［１］，并进一步论证了拟协调元通过分片试验和满足刚体位移条件，提出了一个构造双曲壳单元的方法。 文中以双曲扁壳为例，构造出具有十五个自由度的双曲扁壳三角形单元。计算实例表明，单元比较好地满足刚体位移条件，计算的精度和收敛性是令人满意的。与文献［１３］提出的具有３６个自由度的三角形双曲壳单元相比，本文构造的单元具有节点参数少，计算量少，更适于分析复杂结构的优点。     

特殊支承条件下连续箱梁桥的约束扭转分析

为了分析特殊支承连续箱梁桥的扭转力学性能,提出一个特殊支承箱梁单元,该单元考虑轴向拉压、竖向弯曲及约束扭转变形。通过引入位移变换矩阵,将箱梁轴线处的位移向特殊支承点处变换,以便满足特殊支承截面的位移约束条件。选取箱梁约束扭转微分方程的齐次解作为单元扭转位移函数,在初参数解的基础上,推导箱梁单元的约束扭转刚度矩阵。利用所提出的箱梁单元对一特殊支承3跨连续箱梁模型进行计算,其应力计算值与ANSYS壳单元计算值和实测值均吻合较好,验证该单元的可靠性。分析特殊支承连续箱梁与相应常规箱梁在偏心荷载作用下的扭转力学性能。研究结果表明:与常规箱梁相比,特殊支承箱梁具有更大的扭矩、双力矩、扭转角及广义翘曲位移,特殊支承箱梁的内力和位移具有更加复杂的分布规律。     

空间网壳结构的非线性稳定分析

本文采用目前常用的有限元分析软件ANSYS对40m跨度的凯威特单层球面网壳进行了分析,用空间梁单元进行模拟,考虑了弯矩作用及结构非线性。通过跟踪网壳结构的非线性荷载—位移全过程响应,完整地了解了该结构在整个加载过程中的稳定性以及刚度的变化历程,合理确定其稳定承载力,通过分析对单层网壳的静力稳定特性有了较全面的了解。     

新型带转角自由度的四结点膜单元

给传统膜单元引入一个垂直单元平面的旋转自由度,可以增加位移场阶次,提高计算精度和单元性能．文中为膜结构和高层结构中的剪力墙提供了两种性能良好的四节点膜单元．理论分析和数值模拟表明,这两种单元所采用的线位移和转角位移相互独立的位移场,能有效解决一维单元和二维单元的过渡连接问题,易于编程实现．数值计算结果表明,该单元位移场更符合实际位移场,并节省了计算时间．     

复合材料旋转壳强度的有限元分析和横向剪切变形影响分析

对于纤维增强复合材料壳体,由于其横向剪切刚度与一般各向同性金属壳相比要低得多,一般认为在进行强度分析时必须考虑横向剪切变形的影响[1,2]。本文计算了一个变厚度旋转壳的强度,考虑了横向剪切变形的影响。计算结果说明,对于玻璃纤维缠绕壳体,在类似于各向同性簿壳的几何尺度范围内,其横向剪切变形的影响还是可以忽略的。1.单元的选取 采用双曲拟协调元,直接对应变量进行插值。每个单元共有 8个节点位移未知量(图 1)。其中 u i,uj为母线方向位移,　　　　,为法向位移。采用沿壳体厚度变形的直线假定[1],设 　　　　,为 i,j节点处截面变形…     

基于Ottosen准则的PC多梁式梁桥全过程分析

为了对预应力混凝土(PC)多梁式梁桥进行非线性全过程分析,采用弥散裂缝模式、Ottosen屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土的开裂、屈服和压碎等非线性变化,引入实体退化壳单元理论,对混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,并根据位移协调性推导了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献,提出了一种非线性组合―分层壳单元计算模型,并编制了相应的三维非线性壳单元计算程序.结合破坏性试验资料可知,非线性计算结果与试验数据吻合良好,极限荷载的相对误差约为0.13%;同时,普通钢筋和预应力钢筋应力发展规律的研究表明,对于PC多梁式梁桥这类薄壁结构,采用文中提出的非线性壳单元计算模型来研究其破坏全过程是有效的,此单元具有良好的数值稳定性和收敛性.