简支钢梁在火灾下结构响应的分析及验证

采用有限元方法,模拟了H型简支钢梁在火灾下的结构响应,得到了瞬态温度场分布和梁挠度、转角和轴向变形的瞬态变化曲线,与试验结果比较,二者吻合,表明该方法正确可行,能够准确地预测梁出现屈曲失效的温度和时间,为火灾下钢结构的力学特性分析提供了一条行之有效的方法.本文还进一步分析了不同载荷对火灾中梁结构性能的影响.     

任意阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲

研究边界弹性支承任意阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲变形,利用Heaviside函数给出了在横向载荷作用下阶梯型截面Timoshenko梁弯曲挠度和转角的解析闭合解,避免了经典解析方法应用分段函数导致的繁琐.在此基础上,数值分析了固支和悬臂单、双阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲变形,考察了变截面位置、截面大小、梁高跨比以及边界支承刚度等对Timoshenko梁弯曲的影响.结果表明,阶梯型截面Timoshenko梁的挠度和转角与等截面Timoshenko梁的挠度和转角有较大的差异,虽然阶梯型截面Timoshenko梁挠度光滑,但在截面变化位置处,阶梯型截面Timoshenko梁转角斜率存在明显的跳跃.     

基于相对转角与位移的空心板桥铰缝损伤识别

在考虑剪切传递和侧向力基础上,建立弹簧铰缝的铰缝力学模型,推出铰缝损伤程度计算公式,代入相对挠度、剪力和相对转角,计算出铰缝损伤程度,定位损伤位置。研究发现,铰缝真实力是复杂的,因此若只考虑剪切传递并不完整,铰缝的侧向力也十分重要。依据既有铰接板理论,考虑铰缝的侧向力、损伤和变形,提出相应假设,绘制铰缝机械性模型和空心板桥计算模型。基于侧向力和剪切力产生的板梁相对转角和相对位移,建立提出了弹簧铰缝的力学模型,推出铰缝损伤程度的计算公式,并结合数值比较分析验证了计算理论的有效性,将相对挠度、剪力和相对转角代入公式,计算损伤程度,可有效发现铰缝损伤部位和计算损伤程度。结果表明,加载区域越接近损伤位置,损伤定位的精确性越显著,损伤程度识别结果的准确性越高。     

Euler梁的无网格求解方法探讨

基于再生条件建立了一种用于Euler梁(薄梁)分析,同时考虑挠度和转角影响的双变量无网格计算方法.与现有采用固定基的双变量无网格近似相比,此方法采用移动基函数,有更小的数值再生误差;与只考虑挠度的单变量无网格近似相比,此方法有更高的插值精度.这些特性在文中得到了数值验证.此外,通过推广位移边界条件处理的变换法,进一步把双变量无网格近似中广义节点挠度和转角系数与相对应的真实挠度和转角节点值联系起来,使得Galerkin无网格法求解Euler梁问题中挠度和转角边界条件的处理变得与有限元类似,较为便利.Euler梁算例表明,具有移动基的单变量与双变量两种无网格算法收敛速度相当,但采用移动基的双变量无网格法有更高的计算精度.     

积分变换求梁的变形

本文从求解梁挠度的二阶差分方程出发,通过Z变换,最后推导出计算挠度和转角的简单公式,使计算过程简化。对于变截面梁和复杂受载下,此法尤为简便。同时,这也是处理离散参数的数学方法—Z变换在力学中应用的初步尝试。     

基于有限元与小波变换的弹性地基梁损伤识别方法研究

采用转角模态的小波分析方法研究了带刚度下降损伤段的弹性地基梁损伤识别问题.利用有限元分析求解带刚度下降段的模态参数,建立了基于转角模态小波变换识别弹性地基梁损伤的方法.以两端简支弹性地基梁为例,分别给出了地基梁无损伤、梁单独损伤、梁和弹簧同时损伤且损伤位置不同的有限元模型,计算得到了结构的转角模态,并通过转角模态小波分析来识别弹性地基梁内刚度下降段的位置.从识别结果发现,存在随机噪声的情况下,运用了转角模态小波变换方法,仍能识别出地基梁的刚度变化截面.数值算例证实了该方法的有效性和稳健性,研究结果对实际工程中的结构损伤诊断提供参考.     

浅梁弯曲挠度经典计算公式的精度分析

提出一种新的简支梁变形模式,其横截面内除了挠度和转角,还考虑了面内变形.运用U变换法和四结点矩形单元,分析了简支梁的平面弯曲问题,求解出二维有限元格式下受集中荷载作用梁的上下自由表面位移的解析解,并将所得的解析解与材料力学中关于浅梁弯曲挠度的计算结果进行比较,讨论经典简支浅梁弯曲挠度计算公式的适用范围,并对其误差进行了定量讨论.     

“相当弯矩法”计算梁(轴)变形的电算法

本文应用“相当弯矩法”对各种载荷作用下的变圆截面静定梁的变形(转角和挠度),用 BASIC 通用程序计算,得出小变形情况下的精确解,并绘制出大致的挠度曲线图.确定梁(轴)变形是工程中广泛存在的问题。建立通用程序既可快速、简便地解决工程实际问题,叉可以使“相当弯矩法”——优化的计算方法得到推广。     

钢筋混凝土梁冲击响应的3D细观力学模拟

钢筋混凝土结构在冲击载荷作用下响应和破坏的研究受到了广泛的关注.本文通过建立3D细观力学模型,并结合新近研发的混凝土动态计算本构模型,模拟计算冲击载荷作用下钢筋混凝土梁的响应和破坏.3D细观力学模型假定混凝土是由砂浆基体、粗骨料和界面过渡层(Interfacial Transition Zone,简称ITZ层)三相组成的复合材料.混凝土动态计算本构模型考虑了压力相关性、剪切损伤、拉伸损伤、Lode角效应和材料应变率效应等主要因素.结果表明:数值模拟得到的冲击载荷、梁跨中点挠度的时程曲线以及裂纹的分布和扩展模式与实验结果吻合得较好;新提出的混凝土3D细观力学模型和新近研发的混凝土动态计算本构模型可以用来预测钢筋混凝土结构在冲击载荷作用下的响应和破坏.     

梁的弹塑性大挠度变形分析

采用理想弹塑性模型,基于Euler梁的几何非线性理论,建立了梁在机械载荷作用下的弹塑性大挠度变形问题的控制方程.包括轴线位移、横截面转角、内力等6个未知函数.该数学模型能够分析弹塑性材料梁在弹性阶段以及塑性区扩展阶段的变形.作为算例,应用打靶法数值求解了水平悬臂梁在自由端受竖向集中力作用下的弯曲问题,绘出了不同载荷参数下的弹性和弹塑性挠度曲线,分析了载荷参数和梁自由端挠度之间的关系.结果表明,打靶法是解决弹塑性梁大挠度变形问题的有效方法.     

多控制面对鸭翼-前掠翼布局飞行器静气动弹性的影响

针对机翼前、后缘控制面对鸭翼 前掠翼布局飞行器静气动弹性的影响,通过CFD/CSD松耦合计算方法求解三维不定常N-S方程和线弹性静力学方程,得到了前、后缘控制面单独偏转和协同偏转状态下弹性前掠翼的气动特性和弹性特性。研究结果表明：弹性机翼相比于刚性机翼有更好的升力特性和大迎角失速特性;控制面偏转方式的变化也会对气动特性和弹性特性产生影响,当控制面单独偏转时,前缘控制面下偏和后缘控制面下偏均能增大弹性机翼的升力系数,最大升力系数增量分别为2.60%和8.69%;当控制面协同偏转时,同向偏转时的升力增幅比单独偏转时更大,最大升力增量为11.96%,反向偏转的升阻比特性较好,并可在小迎角范围内降低弹性变形和扭转。     

通用下部钻具三维小挠度静力分析方法

为了更好地应用各种新钻具 ,建立了适用于对普通下部钻具、导向钻具、带偏心弯接头和柔性接头的下部钻具进行三维小挠度静力学分析的数学模型 ,包括 ( 1 )微分方程 ;( 2 )钻头、稳定器、弯角、变截面、切点和井壁的边界条件 ;( 3)钻头的侧向力和钻头转角 .给出了该模型的加权余量解 .用该方法编写的软件应用效果良好 .     

非圆截面结构抛撒稳定性数值模拟

为分析初始速度、初始偏转角与质心位置对非圆截面结构抛撒稳定性的影响,利用Fluent程序,对结构在抛撒过程中的质心轨迹与旋转角进行了数值研究. 结果表明:质心径向的最终旋转角随初始抛撒速度的增加呈负指数衰减;在不同结构攻角条件下,质心径向和轴向旋转角均随着初始轴向偏转角的增加而减小,且质心径向偏转角降低速率相对较慢;结构攻角的增加在加剧径向偏转量的同时,削减了轴向偏转量;结构初始攻角与径向的偏转对质心轴向旋转影响不明显.     

具损伤正交各向异性板的后屈曲分析

基于代数不变量理论,推导了具各向异性损伤的正交各向异性材料的Helmholtz自由能的表达式,同时应用不可逆热力学理论,建立了其损伤本构关系及损伤演化方程.根据Von Karman板理论,建立了具损伤正交各向异性板的非线性压曲方程.数值计算结果表明:由于损伤和损伤演化,板在恒载下的挠度不再保持恒定不变,而是随着时间的增加而不断增大;随着外载荷的增大、初始挠度的增大或者长宽比的减小,损伤对板的挠度的影响越来越明显.     

简支圆板在爆炸冲击荷载作用下的动力响应

采用双剪应力强度理论,考虑材料的拉压强度比,求解了简支圆板在爆炸冲击荷载波荷载作用下的动力响应问题。根据运动方程和用弯矩表达的广义屈服条件得到弯矩控制方程,根据几何方程和流动法则得到速度控制方程,由此得到简支圆板的速度场和内力场,并对速度进行积分得到圆板的挠度响应。根据板终止运动时其速度为零,得到终止运动时间和板的残余挠度。采用本文的解,取板的运动角加速度为零得到该问题的静力解。讨论采用不同的拉压强度比对简支圆板塑性动力响应的影响。研究结果表明,材料的拉压强度比对简支圆板的塑性动力解的影响很大,而且大于对静态问题解的影响。     

基于挠度理论的三塔四跨悬索桥静力特性分析

为研究三塔四跨悬索桥活载效应下的静力特性,拓展单跨悬索桥挠度理论公式,建立了多塔连跨悬索桥挠度理论非线性微分方程组,引入“代换梁法”求解方程组。基于MATLAB语言平台考虑了集中力引起的主缆水平力增量对影响线的非线性影响,开发出基于挠度理论的多塔连跨悬索桥内力线形的程序。研究结果表明:挠度理论解与有限元法的计算结果具有较好的一致性,位移相对最大偏差为5.3%,弯矩最大相对偏差为13.9%; 加劲梁最大挠度发生在两个主跨跨中处; 挠度理论的位移和弯矩大于有限元的计算结果,依此控制结构设计是较安全的。挠度理论在三塔四跨悬索桥设计中具有足够的适用性,可以应用在多塔连跨悬索桥的初步或者概念设计方面。     

卵形弹体斜侵彻双层大间隔921A钢板数值模拟研究

运用显式动力学有限元软件LS-DYNA,对卵形弹体斜侵彻双层大间隔921A钢板的问题进行了数值模拟研究,分析了初始速度和初始倾角的影响. 研究结果表明:倾斜穿甲过程中弹体受到不对称载荷的作用,直接导致弹体结构响应不对称及弹道偏转,靶板间隔的存在加剧了弹体的转动. 初始速度的提高易造成弹体头部远靶板侧卵形弧段变形破坏;初始倾角的增大则会使弹体头部近靶板侧卵形弧段和尾部变形破坏. 弹道偏转规律则较为复杂:初始倾角一定,速度较低时,倾角变化幅度较大,弹体质心运动轨迹偏转较大;速度较高时,尤其是弹体结构发生破坏后,弹体姿态角剧烈变化. 初始速度一定,随着初始倾角的增大,弹体穿甲过程中的倾角和姿态角变化幅度都变大,容易发生跳弹.     

考虑剪切变形时阶梯连续梁弯曲变形

本文采用考虑剪切变形时梁理论［１］的基本微分方程组，导出了阶梯连续梁弯曲变形的转角及挠曲线的通解。     

悬臂磁电双晶片弹陛梁的机电磁响应

本文研究悬臂磁电双晶片的弯曲问题。基于三维本构方程,建立了一维磁电弹性梁的弯曲控制方程。当输入为机械荷载、电场或磁场,通过磁电弹耦合,获得了机械弯曲变形以及磁电的输出响应。结果表明双晶片的挠度及转角不仅与输入荷载相关,也受约束于双晶片的层厚此。     

在动静载荷作用下单圆弧波纹管膜片非线性稳定性分析

借助拟板法把单圆弧波纹管膜片处理成具有初挠度圆环板的组合结构.利用薄板薄壳的非线性弯曲理论,得到单圆弧膜片在静态和动态载荷协同作用下的非线性动力学方程组.给定该方程组的边界条件与连续条件,可以预测静态载荷及其动态载荷协同作用下膜片的挠度和张力,从而根据Galerkin方法得到单圆弧波纹管膜片非线性系统的受迫振动方程.根据Floquet指数研究了无外激励下系统的分岔问题,讨论了单圆弧波纹管膜片在平衡点领域的稳定性问题,同时考虑了系统在纯动态载荷作用和动静态载荷协同作用下其平衡位置的变化情况.研究结果表明单圆弧膜片系统在动静态载荷协同作用下比在纯动态作用下系统发生Hopf分岔更为滞后.