多因素耦合影响下的杆系结构几何非线性分析

通过分析横向剪切对梁单元的影响、轴心力的二次影响以及约束扭转时翘曲引起的二次剪应力效应 ,引入了翘曲函数及三次多项式的扭转模式 ,得出了 7个自由度的杆系结构精确模型 .在几何非线性分析中 ,考虑了轴向荷载、平面弯曲、剪切、约束扭转翘曲以及荷载 -变形各效应的耦合 ,基于此建立了变形状态几何非线性分析的切线刚度矩阵 .利用建立于弧长法基础上的球面显式迭代 -增量法 ,进行了空间结构的几何非线性全过程分析 .     

基于多因素耦合影响的薄壁梁材料非线性分析

综合分析了薄壁梁受轴向拉压、弯曲、剪切、扭转和翘曲以及轴力二次效应等耦合效应,根据Von Mises屈服准则及Prandtl-Reuss增量关系,推导出理想及强化弹塑性材料薄壁梁单元的增量本构关系.应用虚功原理,建立了薄壁梁单元精确模型的弹塑性增量刚度矩阵,并用高斯(Gauss)积分数值分析方法求得了该刚度矩阵,实现了薄壁梁多因素耦合影响下的材料非线性分析.通过与实体模型的算例比较,进一步验证了模型,说明该模型在薄壁杆系结构计算分析中,具有实体或其他模型无法替代的优点.     

底部钻具组合三维静力分析的新方法

利用二阶埃尔米特插值函数把空间梁单元的结点自由度由６个扩充到８个,使井眼曲线的二阶导数连续,提高了计算精度。在１６自由度梁单元形函数矩阵和应变分析的基础上,推导了１６自由度梁单元的线弹性刚度矩阵、线弹性几何刚度矩阵和单元结点等效载荷列阵。考虑轴向力的非线性影响,应用该方法对底部钻具组合的钻头侧向力进行了线性分析。计算结果表明,考虑二阶导数的影响,可以提高计算精度。     

考虑多因素共同作用的空间梁分析模型

根据梁在偏心轴力、剪力作用下的挠度曲线，从平衡方程的角度，建立了粱内一点应变的精确表达式，引入了翘曲函数的三次多项式扭转模式，得到一个弯、扭及P-△效应互相耦合影响下的刚度矩阵，反映了弯曲、剪切、扭转、翘曲和P-△效应的相互影响，编制了相应的程序，经分析比较大大提高了梁内内力的计算精度。     

一种考虑温度影响的高效几何非线性梁柱单元

在梁-柱单元位移函数中引入了轴力的影响,将传统3次位移函数改进为4次位移函数,并推导得到了考虑温度影响的几何非线性梁-柱单元.该单元的几何非线性刚度矩阵中完整考虑了单元位形变化对平衡方程的影响、温度变化对材性和单元应变的影响以及单元位形变化对几何方程的影响,进而可以考虑二阶效应、弓形效应.采用该单元编制了有限元程序,算例分析表明,该梁-柱单元精度得到了显著改善,可以极大减少非线性有限元模型的单元数量,在分析火灾下梁的悬链线效应、火灾下杆系结构连续性倒塌等问题上具有显著优势.     

考虑剪切变形的RC结构梁柱单元模型

基于纤维模型有限单元柔度法,考虑轴向、弯曲和剪切效应,对钢筋混凝土结构承受单调荷载作用进行非线性分析.应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元弹塑性刚度的影响,建立能够考虑梁柱非线性剪切变形的纤维单元在复杂加载历史中的切线刚度矩阵.在所建立的截面刚度矩阵中,剪切变形和轴向、弯曲变形不耦合,而剪切和弯曲力在单元层面耦合,且在梁单元上满足力的平衡关系.将计算结果和钢筋混凝土柱的加载试验结果相比较,验证了模型的有效性.     

MATHEMATICA在推导梁柱单元刚度矩阵中的应用

利用MATHEMATICA强大的运算能力，将考虑多种因素相互作用下的空间粱复杂的刚度矩阵的推导，化做简单的公式运算，避免了繁琐的编程调试和元素寻址，得到了能够考虑拉压、弯曲、剪切、扭转、翘曲耦合影响下的空间梁单元刚度矩阵。在推导过程中，根据影响因素的不同，运用分块技术，将刚度矩阵分解为若干块的正应力刚度矩阵、剪应力刚度矩阵，以及相互影响的相关矩阵，实现了对刚度矩阵的贡献分析。算例进一步验证了所得结果的正确性和优越性。     

曲线薄壁箱梁结构的梁段单元分析

利用能量变分原理,避免约束扭转和畸变初参数法求解的繁琐,考虑曲线梁各项内力和变形的主要耦合关系,推导出考虑曲线薄壁箱梁约束扭转翘曲、畸变和剪滞效应的梁段单元刚度矩阵．并对１座４跨连续钢箱梁进行了实用的结构分析     

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。     

底部钻具组合三维静力分析的新方法

利用二阶埃尔米特插值函数空间梁单元的结点自由度由６个扩充到８个,使井眼曲线的二阶导数连续,提高了计算精度。在１６自由度梁单元形函数矩阵和应变分析的基础上,推导了１６自由度梁单元的线弹性刚度矩阵、线弹性几何刚度矩阵和单元结点等效载荷列阵。     

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.     

拱的结构分析

采用节点柔度矩阵的方法,通过求逆和刚度平移矩阵最后形成曲杆单元刚度矩阵,采用卡氏第二定理求出单元荷载等效节点力,然后与节点荷载叠加,形成结构荷载．通过计算对比,精度大大提高．     

箱梁单元与梁格法在异型桥梁分析中的应用

 异型薄壁箱梁桥结构受力行为复杂,用常规的计算理论和分析方法难以准确把握结构的受力行为。为较好把握该结构的受力行为,在普通梁理论的基础上,通过增加自由度的分析法,提出考虑约束扭转、畸变以及剪力滞效应作用的每节点10个自由度的薄壁箱梁空间单元,推导出对应的单元刚度矩阵,并编制相应的有限元程序。同时利用该程序结合空间梁格分析法、普通梁单元法及板壳单元法分别对一典型异型桥梁进行结构分析。理论分析与实测结果比较表明了本单元的有效性和准确性,也说明了空间梁格分析方法是一种简便实用的分析方法。     

具有开口截面主梁的斜拉桥动力建模研究

开口薄壁断面是目前斜拉桥主梁的一种常用形式,本文根据薄壁杆件的特点,采用能量变分方法建立了能够考虑斜拉桥横向,竖向,纵向,弯扭耦合与纵向翘曲的空间梁单元的刚度矩阵和质量矩阵。通过对ANSYS进行二次开发,实现了上述功能,并通过算例对比了本文算法和常规算法的差别。     

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%.     

高层筒体结构剪力滞后研究

重点讨论了筒体结构剪力滞后效应(SLE:shear lag effect)的产生机理,提出与SLE的力传递说有较大差异的新看法,认为引起筒体结构SLE的原因是沿翼缘方向上的抗侧力刚度不均(称为横向刚度):角柱由于腹板的作用使其抗剪刚度增大,中柱则相对抗剪刚度减小。刚度低的中柱产生较大弯曲变形,使裙梁及楼板也跟着变形,中柱抗弯能力降低,轴力减小,由于腹板的作用而刚度增大的角柱轴力自然会增大。利用大型有限元软件ANSYS对高层筒体结构在水平风荷载作用下进行计算分析,得出:角柱截面变化只是对其本身轴力影响很大,考虑到角柱在筒体结构中的重要性应适当增大其截面面积;去除角柱不但不能降低甚至消除SLE,反而使结构整体性降低。     

框架—桩筏—土体共同作用的空间分析

将上部结构、基础与地基三者视为统一整体，上部结构考虑空间框架形式，筏板计算采用亨奇中厚板８节点等参数单元，桩土体系采用剪切位移法，考虑群桩效应的共同作用进行空间分析并编制了相应的程序．本文所采用的方法是一种空间分析方法，可推广到框一剪结构的空间分析．在求解时利用波前法使得效率极大提高．所编制程序具有一定通用性，适用于工程实践．