显式有限元法在车辆耐撞性研究中的应用

基于连续介质理论，通过建立车辆碰撞的控制方程，在此基础上得到与控制方程和边界条件等效的“弱积分”形式。通过空间和时间的显式离散，得到了车辆碰撞的有限元方程。采用动力显式积分方法，使位移计算显式化，避免了由材料、几何、边界高度非线性因素引起的计算收敛问题，并讨论了薄板单元的Courant稳定性条件。提出了“端部吸能结构纵向压缩变形、纵向吸能”的耐冲击结构设计的思路，并对算例进行了数值模拟。结果表明，该设计方法可以实现车辆结构自身被动安全保护的目的，显式有限元数值模拟方法是车辆耐撞性研究的有效方法之一，但是需要进行部分撞击试验，进一步修正模型后提高其分析精度。     

结构动力方程的2种精细时程积分

分析了增维精细时程积分和扩展精细时程积分2种方法在求解结构动力方程中的异同.在演变随机激 励为多项式、指数函数以及正弦/余弦(虚指数)函数组合的一般形式下,分别推导出了2种方法所对应的显式离 散递推表达式.结果表明:2种积分方法所对应的显式递推格式最终都转化为积分步长的多项式函数,并且在相 同泰勒级数展开项的条件下,扩展精细积分除包含增维精细积分的所有递推项外,还包含一些高阶小项,理论上 具有更高的精度;忽略高阶小项,2种方法尽管算法实现不同,离散递推格式完全一致;工程实例计算表明,二者 计算精度都可以达到10位以上有效数字,扩展精细积分计算时间较增维精细积分少一个数量级.      

列车荷载作用下地铁重叠隧道的响应分析

以深圳地铁一期工程区间近距离重叠隧道为背景，研究地铁运营期间，列车振动荷载对隧道结构的的影响。首先根据车辆－轮轨模型，确定列车振动荷载。然后采用释放荷载方法模拟地铁的开挖效应，确定初始应力场，并通过对地铁结构体系进行模态分析，得到体系的振型和频率，以确定合理的阻尼系数和时间积分步长。最后运用Newmark隐式时间积分法，分别研究在上行动载，下行动载和上下交会动载3种情况下，区间近距离重叠隧道的动力响应，确定在列车振动荷载作用下衬砌结构的薄弱部位及其相应的位移和应力。     

列车动力学的非线性数值分析方法

列车动力学方程是个复杂非线性方程,必须采用数值积分方法求解。本 文从工程实用的观点出发,提供了二类简单有效的数值积分方法—Ne物ark显式积分法及其显一隐式预刚一校正积分法。这类积分方法,积 分过程简捷,.程序编制容易;由于积分过程中无须求解高阶线性代数方 程组,这就显著地提高了积分速度,并有效地节约了计算内存,从而在 普通微机上实现了对大型列车动力学问题的模拟分析。 文中建议了一种判定工程实际问题之非线性数值积分稳定性的实用办 法,并成协地应用子重载列车动力学分析石在此基拙上进一步实现了变 步长积分计算,大大提高了计算速度。通过算例校验及与试验结果的对 照,证实了方法的非线性数值分析有效性。      

结构动力学中的广义多步显式积分算法

为了开发新的时间积分算法,通过对独立变量加速度的加权,提出了广义多步显式积分算法(GMEM).首先,在加速度显式法的基础上给出了通用的积分格式;其次,分析了所提算法的稳定性、数值耗散、数值色散和精度;最后,通过2个算例对3个广义多步显式积分算法(GMEM1、GMEM2和GMEM3-2)以及HHT-α法和Newmark法进行了对比分析.分析结果表明:本文所提算法是条件稳定的,在无阻尼系统中谱半径恒等于1;3步广义多步显式法最高具有3阶精度,在无阻尼系统中不存在数值耗散;GMEM2的均方根误差约为Newmark法的1/2,约为GMEM3-2的1.8倍.     

结构地震响应分析的广义脉冲函数法

根据现有地下结构抗震计算方法和脉冲响应函数原理，提出了用于地下结构时程地震反应分析的广义脉冲响应函数法。以某一隧道为例，计算了其在地震荷载作用下的动力反应，并与逐步积分方法进行了比较，计算结果表明，脉冲函数法用于地下结构动力分析，具有较高的计算精度，且计算效率会大大提高。     

深圳地铁地震反应分析

根据深圳地铁抗震设计需要,对深圳地铁的3种典型断面,采用释放荷载方法进行了平面有限元静力计算,确定初始应力场,采用子空间迭代法进行了振型计算,确定合理的积分步长。在此基础上,运用Newmark隐式时间积分法对地铁的3种典型断面进行了地震反应分析,确定了在地震荷载作用下衬砌结构的薄弱部位及其相互的位移和应力,计算结果为深圳地铁的抗震设计提供了依据。     

沉管隧道三维地震反应分析

以京沪高速铁路南京长江沉管隧道为背景，研究地震动作用下沉管隧道的响应，计算中计及水的影响，采用粘-弹性人工边界以模拟地基的无限性，由模态计算得到体系的振型和频率，以确定积分时间步长和阻尼系数，运用Newmark隐式时间积分方法，计算了100a超越概率63%，10%和20%地震动作用下沉管隧道的反应，确定了管身段和接头部位的应力和位移，计算结果可为沉管隧道设计提供参考。     

有限变形条件下刚—粘塑性本构方程的隐式时间积分算法

在有限变形条件下，基于刚－粘塑性本构方程，提出了计算塑性应变增量的稳式时间积分方案，与传统的显式算法对比，此方案具有明显的优点，适用于有限变形大增量步的有限元计算，其数值精度令人满意。     

建筑物与黄土隧洞连体结构抗震分析

对黄土隧洞与建筑物连体结构（以下简称连体结构）进行了抗震分析研究。分析过程中选用了不同的计算模型，经过大量的计算与分析比较，结果表明，连体结构这种新型结构型式可以满足规范对强度、刚度的要求，并给出了一种可供抗震验算采用的平面动力分析模型，具有重要的现实意义。     

铁路道床路基动力响应的参数影响

根据车轮-轨排-道碴模型，得到路基道碴表面荷载，利用有限元-无限元耦合法，建立了道床路基动力计算模型。结合Newmark积分法逐步求解运动方程，计算了列车荷载下，不同道碴厚度与地基刚度下道床路基的振动加速度与动位移。计算结果表明，道碴厚度对道床路基的动力响应影响显著，而路基刚度的影响不明显。     

车辆-轨道耦合动力学钢轨模型求解方法

应用车辆-轨道非线性耦合动力学模型,分析了采用解析方法的模态叠加法、有限元法的模态叠加法和有限元法的直接积分法求解车辆-轨道耦合动力学钢轨模型的计算精度与计算效率.选取Bernoulli-Euler梁或Rayleigh-Timoshenko梁模拟钢轨,采用不同类型单元离散钢轨模型,并利用显式积分方法求解车辆-轨道耦合动...     

上柔下刚混合结构动力放大效应简化计算研究

上柔下刚混合结构更易产生"鞭梢效应".在考虑刚度比、质量比对结构动力特性的影响,提出刚度质量综合比概念的基础上,假定上下部结构阻尼比相等,推导出了可用于工程应用的上柔下刚混合结构动力放大效应简化计算方法;采用1组公开发表的振动台试验数据分别以轻木-混凝土二层结构（"1+1"体系）、三层结构（"1+2"体系）、六层结构（"2+4"体系）为例共7个案例,采用振型分解法对简化计算法进行验证.研究结果表明:简化方法与振型分解法的误差均低于20%,验证了使用简化计算法计算上柔下刚混合结构动力放大效应的有效性和可靠性;当整体结构下上刚度比不小于7时,可采用简化计算法计算上部结构的动力放大效应.      

剪切效应对桥梁结构的动力影响分析

在桥梁结构静力计算时，考虑剪切变形后结构的挠度会有所增大．在传统的动力分析计算时,大部分情况下．均忽略了剪切变形的影响。但从理论上分析了剪切变形对结构动力性质的影响，但缺乏工程应用实例．本文从实例计算出发，利用有限元分析程序研究了不同的结构形式中剪切变形的影响，以丰富计算理论，为以后类似工程结构提供技术参考。     

大跨度桁式组合拱桥结构损伤对其动力特性的影响

以贵州盐津河大桥为研究对象，结合大跨度桁式组合拱桥的动力特性测试数据，利用ANASYS的动力分析模块，分别计算了桥梁在设计理想状态和计入损伤两种情况下盐津河大桥的动力特性，分析了结构损伤对桁式组合拱桥动力特性的影响。     

川西藏羌石砌民居建筑的抗地震倒塌性能

我国川西地区的传统藏羌石砌民居具有较高的文化遗产保护价值,但在近年来的历次地震中出现了大量破坏. 结合该类房屋的砌筑材料和建筑布置特征,对其抗地震倒塌性能进行研究. 首先,开展了3组黏土试件的无侧限抗压强度试验和一个1/2缩尺黏土-石砌墙体试件的水平抗剪承载力试验,并通过显式动力数值计算手段对试验过程进行模拟;其次,针对黏土和毛石材料均采用Holmquist-Johnson-Cook （HJC）本构模型,基于随机分布离散型有限元方法,根据实际墙体中两种材料的分布比例建立相应数值模型,并通过与模型试验结果的对比验证,明确了数值计算中的关键参数;在此基础上,对一典型二层平面L型缩进式民居结构进行动力时程分析计算,通过与实际震害情况的对比分析了其地震破坏机制,再现了地震倒塌全过程,并开展了结构的抗地震倒塌易损性分析,研究了不同晒台缩进面积的影响. 研究结果表明,在罕遇烈度下,平面L型缩进式结构中晒台面积比例由30%增加至45%时,结构倒塌概率增大16.7%,抗倒塌储备系数下降9%,对易损性曲线影响并不显著;但当晒台面积比例减小至15%时,二层墙体开洞率增大18%,导致结构的地震倒塌概率增加143%.      

薄壁梁型船舶结构的水弹性自由振动

基于考虑弯扭耦合运动的船体薄壁梁理论和简单Ｇｒｅｅｎ函数构造的二维流体直接边界元方法，建立一个用于薄壁梁型船舶结构在水上运动的流固耦合作用的计算模型，到附连水质量随振动频率变化及与振动型式相关等因素，将流体对结构的作用处理为集束的附加质量阵，叠加到结构的一致质量阵之中，用迭代的方法救是船体在水上运动的湿固有频率和模态，进而可以得到其动力响应。     

双质量飞轮式扭振减振器性能模拟计算分析

本文分析了双质量飞轮式扭振减振器的结构和性能，建立了汽车动力传动系统扭振模拟计算分析模型，利用模型计算分析了双质量飞轮式扭振减振器对汽车动力传动系扭振系统响应的影响规律，得到了一些有实际意义的结论。     

洞口段隧道结构动力特性分析

运用Newmark隐式时间积分有限元法,选用EI-Centro地震波,对洞口段隧道结构进行了二维地震响应数值模拟。得出了隧道结构的自振特性,地震波烈度和地震激励方向对隧道地震响应的影响规律:围岩性能越好,刚度越强,结构的自振频率越高;隧道结构在不同烈度地震中的响应是按地震波的最大加速度的比值增长。对研究洞口段隧道结构的抗震设计具有一定的参考价值。     

有限元可靠度方法在桥梁工程中的应用

一次二阶矩法是目前求解结构可靠性分析的主要计算方法之一．该方法要求功能函数对随机变量的偏导运算。然而对于以有限元方法分析为主的桥梁结构．无法对其隐式功能函数进行显式求导．限制了一次二阶矩法的应用。本文给出了隐式功能函数可靠度的随机有限元解决方案．考虑了有限元方法和可靠度方法结合使用过程中，经典一次二阶矩法的改造问题。算例表明，该方法能够适用于基于有限元的结构可靠度分析，并在求解过程中给出随机变量的敏感系数。