考虑接触非线性的盾构隧道纵向分析模型及其应用

盾构隧道环缝接触状态与传递的内力有关,但传统盾构隧道结构分析模型不能考虑轴力、剪力、弯矩共同作用下的环缝接触非线性.提出了一种考虑3种内力共同作用下接触非线性的盾构隧道纵向分析模型,并据此对汕头湾盾构隧道穿越蠕滑断层的力学行为进行分析.研究发现:①当考虑纵向接头同时传递轴力、剪力、弯矩时,其传力作用可等效为考虑轴向和弯...     

水平荷载下底部框架的内力计算方法

为研究水平荷载下底部框架砖房的底部框架力学性能,对400个考虑上部砌体影响的底部框架进行有限元分析,考察了底部框架梁柱线刚度比和托梁高跨比对水平荷载下,底部框架托梁梁端弯矩与框架柱顶端弯矩比值、托梁梁端轴力与框架柱剪力比值、托梁梁端剪力与框架柱轴力比值;底部框架柱的反弯点和剪力分配的影响规律,以及托梁的内力分布.结果表明:与纯框架相比,考虑上部砌体影响时的框架托梁梁端弯矩和剪力均较小,梁端轴力较大.基于底部剪力法,给出了考虑上部砌体影响的水平荷载下该类建筑的底部框架内力计算方法.     

锚杆剪切过程中的受力机理分析

为了分析锚杆抗剪力及所受轴力随剪力变化规律,以节理岩体中的锚杆为研究对象,基于经典梁理论和最小余能变分法,推导了锚杆轴力随剪力变化的理论公式,提出了锚杆抗剪力计算方法.分析了围岩抗压强度、锚杆直径对锚杆轴力与剪力,以及由轴力与剪力换算得到的锚杆抗剪力的影响.研究结果表明:增大围岩抗压强度及锚杆直径,使锚杆轴力随剪力的增长速率降低;增大围岩抗压强度通过剪力部分提高锚杆抗剪力,而增大锚杆直径通过剪力和轴力共同提高锚杆抗剪力;围岩抗压强度增大使锚杆最优倾角略有增大,直径的变化对锚杆最优倾角没有影响,分析可知倾角为90°～120°时,锚杆抗剪力最大.     

拱结构在径向均布荷载下面内稳定的几何非线性分析

薄壁拱结构作为受压为主的结构体系,其稳定性问题是在结构分析中需要重点考虑的因素之一。基于能量泛函变分原理,研究了薄壁拱结构在径向均布荷载下考虑剪力滞效应和几何非线性的稳定临界荷载,分析了薄壁拱结构临界荷载的影响因素。结果表明,几何非线性对拱的临界荷载影响很小,可忽略不计;剪力滞的影响则取决于拱的几何参数;其中,拱轴弧长和拱截面翼缘宽度是主要的影响因素,特别是拱轴弧长较小和翼缘宽度较大时,必须考虑剪力滞对稳定性影响。     

黄浦江过隧道的动力抗震分析

借鉴日本东京湾的隧道分析方法,提出了适合本课题的隧道分析的计算模型,即用等效质量－弹簧系统代替地基切片,隧道用能承受剪力、弯矩和轴力的梁代替。数值仿真表明,隧道与风井接头处的轴力、角位移、剪力较大。如果总体设计允许的话,建议各段隧道的长度不宜相差太大,以减小地震波作用下隧道接头的动力相对位移和内力。     

考虑地震波斜入射下河谷地形的大跨桥梁动力反应研究

大跨度桥梁的地震动空间变化的非一致影响不可忽略,斜入射是引起这种空间变化的主要因素.研究了斜入射条件下自由场数值模拟方法,建立了考虑地震动空间非一致性的大跨度桥梁三维有限元分析模型,以某跨海连续刚构桥为背景,研究了考虑非一致地震动空间的大跨桥梁地震动力反应,分析桥梁的内力幅值和分布规律.研究了地震波输入、斜入射角、地基土剪切波速以及河谷地形等影响因素的变化对P波及SV波作用下连续刚构桥结构动力反应的影响规律.结果表明,河谷地形条件下,墩底内力的变形规律和平坦地形相比有一些差异.斜入射时河谷地形的剪力和轴力的非一致影响系数与平坦地形相差比较大,P波作用下,墩底剪力和纵桥向弯矩随着入射角的增大而增大,墩底轴力随着入射角的增大而减小,SV波入射时,河谷地形条件下的墩底剪力和纵桥向弯矩随着入射角的增大而减小,墩底轴力随着入射角的增大而增大.     

水轮发电机轴承横向振动响应的时间有限元法

研究水轮发电机轴系的横向振动力响应仿真计算方法,考虑了轴系的陀螺效应和轴承参数的非线性,采用基于Galerkin格式的不连续时间有限元法,给出了水轮发电机机组轴系统动力响应的时间有限元计算方法,据此开发了计算仿真程序,进行了实例计算和分析,并分析了各种因素对系统动力响应的影响,该方法可用具有非线性问题的转子系统的力响应仿真计算。     

薄壁空间钢结构的非线性分析

在有限元空间梁元模型的基础上 ,导出了考虑杆件约束扭转的薄壁梁元分析力学模型 .该模型的弹性刚度矩阵为 14× 14矩阵 ,几何刚度矩阵中考虑了轴力、剪力、双向弯矩和双力矩效应 .采用单元的有限分割法考虑了塑性沿杆件长度和截面的发展 ,实现了薄壁空间钢结构的弹塑性非线性分析 .数值算例的比较一方面验证了分析力学模型的正确性 ,另一方面反映了薄壁空间钢结构的约束扭转特性     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能影响参数分析(Ⅰ)

为研究不同参数对高强钢组合K形偏心支撑框架结构在罕遇地震作用下的受力性能和变形能力的影响,对6种不同长度的耗能梁段的高强钢组合K形偏心支撑框架结构(耗能梁段为Q345钢,框架梁柱及支撑为Q460钢)进行了非线性动力时程分析。研究了耗能梁段长度对结构的周期、层间位移角和楼层剪力、耗能梁段受力及变形、框架柱弯矩和轴力的影响。结果表明:耗能梁段长度对结构的楼层剪力和框架柱的弯矩影响很小,对结构层间位移角、耗能梁段转角、耗能梁段剪力、支撑跨框架柱轴力的影响较大。层间位移角和耗能梁段转角随耗能梁段长度的增加而增大,耗能梁段剪力和支撑跨框架柱轴力随耗能梁段长度的增加而减小。当耗能梁段长度超过某一数值时,层间位移角迅速增大,对抗震不利。耗能梁段长度取(0.926～1.285)M_p/V_p较为合理。     

黄浦江过江隧道的动力抗震分析

借鉴日本东京湾的隧道分析方法,提出了适合于本课题的隧道分析的计算模型,即用等效质量-弹簧系统代替地基切片,隧道用能承受剪力、弯矩和轴力的梁代替.数值仿真表明,隧道与风井接头处的轴力、角位移、剪力较大.如果总体设计允许的话,建议各段隧道的长度不宜相差太大,以减小地震波作用下隧道接头的动力相对位移和内力.     

拉剪多轴载荷作用下的弹性梁弯曲变形

为设计海洋柔性管缆装备多轴加载试验工况,通过建立解析模型和有限元数值模型研究了弹性梁在轴向拉伸载荷与横向多集中载荷共同作用下的弯曲变形,以及拉伸载荷、横向剪力、弯曲刚度等对变形的影响规律,拟合了弹性梁跨中曲率与多轴载荷的近似关系式。结果表明：解析模型结果与有限元结果吻合较好,可见解析模型的正确性。轴向拉力使得跨中区域曲率呈现“凹”形态;梁跨中曲率随拉力增大或剪力减小而迅速减小同时曲率分布更平滑,但随弯曲刚度的下降呈现先增大后减小;拟合的弹性梁跨中曲率与多轴载荷关系式满足工程精度要求。     

非均匀升温下Timoshenko夹层梁热过屈曲精确数学模型及其数值解

在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上建立Timoshenko夹层梁在热载荷作用下的几何非线性控制方程.采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得两端不可移简支夹层梁在横向非均匀升温作用下的静态热过屈曲和热弯曲变形数值解.绘出梁的变形随温度载荷变化的特征关系曲线,分析和讨论材料和几何参数对梁变形的影响.结果表明:梁在均匀加热下不产生拉-弯耦合变形及弯曲变形.在均匀升温条件下,梁的中点无量纲挠度与升温的关系曲线为热过屈曲平衡路径;当升温为横向非均匀的情况下,中心挠度与平均升温之间的关系曲线表现出热弯曲变形的特点.横向剪切变形随梁的长细比增大而显著减小,随变形程度的增大而增大.     

功能梯度材料Timoshenko梁的非线性大变形分析

采用打靶法研究了两端不可移简支功能梯度Timoshenko梁在横向非均匀升温下的大挠度弯曲问题.在精确考虑轴线伸长和基于一阶横向剪切变形理论的基础上建立了功能梯度Timoshenko梁受热-机载荷作用时的几何非线性控制方程,其中功能梯度梁的材料性质采用了沿厚度方向按照幂函数连续变化的形式.用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得了横向非均匀升温时Timoshenko梁的静态非线性大变形数值解.绘出了梁的变形随温度载荷及材料梯度参数变化的特性关系曲线,并分析和讨论了温度载荷及材料的梯度性质参数对梁变形的影响.结果表明,由于材料的非均匀性,功能梯度梁中存在拉-弯耦合变形.     

黏弹性圆弧曲梁在均布随从力作用下的动力分析

基于动力稳定理论的D＇Alembert原理,给出了在时域内同时考虑拉伸黏性和剪切黏性的黏弹性Timoshenko圆弧曲梁在均布随从力作用下的屈曲运动微分方程,并采用归一化幂级数法建立起该非保守系统的复特征方程,根据齐次边界条件,分离出复特征方程的实部和虚部。运用拟牛顿法,研究了两端简支、两端固定和左端简支右端固定3种不同支承黏弹性圆弧曲梁的动力稳定性,并同黏弹性直梁的动力稳定性作了分析比较。     

随机实测车辆荷载下大跨径斜拉桥钢箱梁的动力响应特征

依据南京长江第三大桥的实测交通流统计数据,结合等效疲劳损伤原理建立随机状态下的车辆荷载谱,基于有限元数值仿真程序进行全桥动力响应分析。通过计算大桥在实测车流作用下主梁不同位置位移和内力的动力响应时程曲线,分析车辆运营时程内主梁截面内力变化及动力放大系数。结果表明：随机车流作用下大桥主梁塔根处弯矩及轴力绝对值最大,跨中处弯矩及轴力变化幅值最大,而在1/4跨位移动力响应最大。跨中、1/4跨和塔根附近截面在时程内的最大应力幅值处,动力放大系数在1.00~1.03之间,动力放大系数比单考虑弯矩或轴力时稳定,且动应力放大系数与国内现行规范的动力放大系数较为吻合。     

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．     

火箭发动机液氢涡轮泵转子-密封系统的非线性动力稳定性

研究了不平衡激励下密封对火箭发动机液氢涡轮泵转子系统非线性动力稳定性的影响；采用Muszynska模型描述密封流体激振力，根据Timoshenko梁-轴有限元模型离散化转轴，建立了实际液氢涡轮泵转子-密封系统的非线性有限元模型；结合Floquet理论和打靶法，分析了该不平衡系统的动力稳定性和非线性行为。研究表明：密封诱发的次同步进动造成的系统失稳破坏首先发生在涡轮端轴承；轴承阻尼、密封轴向雷诺数和密封长度对系统临界失稳转速有显著影响，随着轴承阻尼和密封轴向雷诺数的增大，系统临界失稳转速增加，随着密封长度的增加，临界失稳转速逐渐变小。     

高温下钢筋砼框架力学性能的数值模拟

运用虚功原理,推导建立了高温下钢筋混凝土的梁单元模型,编制了钢筋混凝土结构高温反应的全过程分析程序,考虑了高温下结构的几何非线性效应,程序的有效性得到了其他学者试验结果的验证.利用该程序对某轴力作用下的钢筋混凝土梁进行了高温反应分析,研究结果表明:(1)进行高温下结构反应的全过程分析时,有必要考虑几何非线性的影响;(2)轴力不变时,随着梁所承担的竖向荷载的增加,梁的跨中挠度逐渐增大,同时,随着竖向荷载的增加,几何非线性效应对梁跨中挠度的影响程度差别不明显;(3)竖向荷载不变时,随着梁所承担的轴力的增加,几何非线性效应使梁的跨中挠度逐渐增大;(4)是否考虑几何非线性对梁的耐火极限计算结果影响较大.     

混凝土路面接缝填缝料振动特性分析

采用1/4车-地基梁耦合动力学模型,分析了车辆速度和悬挂系上部质量、路面板厚度、接缝宽度、接缝剪切刚度、地基模量、地基阻尼系数和地基弱化指数等因素对接缝填缝料剪切应变、剪切应变率和其基频的影响规律.研究发现,以上各因素变化时,若地基阻尼系数较小,接缝填缝料剪切应变、剪切应变率随车辆位置变化呈现出波动衰减;若地基阻尼系数较大,则波动性消失.通常,剪切应变幅值在0.003～0.050之间变化,剪切应变率幅值在5～25s-1范围内,而其基频在5～100Hz之间.合理增加接缝宽度、提高接缝剪切刚度以及地基阻尼可有效降低填缝料剪切应变(率)幅值,从而减少接缝填缝料的失黏脱落破坏.研究结果可用于混凝土路面接缝填缝料力学性能评价和选材.     

建立弹性连杆机构动力学方程的一种新方法

本文采用凯恩(Kane)方法,结合有限元法来建立运动弹性动力学(简称KED)的数学模型。运用此法还建立了计及作用在构件上的各种外力因素的连杆机构的KED 数学模型,借助该模型可以进行考虑多种因素的连杆机构的KED 分析.