不同自由度单元之间连接刚度问题的研究与应用

针对有限元分析中,板壳单元与实体单元之间由于自由度的不匹配,使转动自由度在板壳单元与实体单元交界处产生不连续的问题,提出了采用约束方程进行联合建模的思路。根据有限元理论进行公式推导,得到了约束方程在板壳单元与实体单元连接处的刚度协调方程;用有限元实例进行计算比较验证;将该建模方法运用于某地铁车的仿真当中。理论分析及仿真结果表明,非协调性单元之间自由度的协调统一对仿真结果有较大的影响,采用约束方程在板壳单元与实体单元之间形成过渡能有效消除自由度不协调的问题,从而得到更切合实际的仿真结果。     

含面内转角自由度的4结点平行四边形单元

首先利用12结点等参数单元的形函数，求出含转角自由度的4结点平行四边形膜元的形函数，由此推导含转角自由度的4结点平行四边形膜元的单元刚度矩阵，其与一般的板单元组合后，形成了一种适用范围更广、收敛更快、精度更高及抗畸变能力更强的壳单元。在相同精度的情况下，使用本单元求解问题可以减少单元数量，降低结构总自由度数。该单元能直接与每个6个自由主的空间梁柱单元相联结，能有效地解决工程实际问题，对于一些斜交工程问题尤为适用。     

实体退化板-壳组合单元法及钢-混结合梁桥施工过程力学分析

在实体退化等参单元的基础上,引入板壳理论的基本假定,构造了三维8～20节点实体退化板壳组合单元。由于同一个单元包含了不同的板壳组件,不同的板壳组件又可以由不同的材料组成,同一个板壳组件又可以分为若干个不同的材料分段(允许材料为空,相应的材料参数置零),单元刚度矩阵需要通过对不同的材料分区分块积分后叠加组合而成。板壳组件的应力应变由整体笛卡儿坐标系下单元的应力应变经过坐标转换后求出。桃河特大桥的施工过程及成桥静动载的理论分析结果与实测结果表明,该方法不仅可以减少组合结构桥梁的单元剖分数量,提高计算效率,并且精度完全能够满足控制要求,具有良好的工程应用前景。     

铁道车辆板梁结构多方案对比分析

为合理处理铁道车辆车体上的板梁组合结构,解决车体结构分析中典型的板梁偏心连接问题,构建了偏心节点的节点位移关系式,利用APDL语言实现了批量约束方程的施加;并根据ANSYS软件中梁单元、板单元、实体单元的基本特征构造了5种板梁组合结构模型,对它们进行了有限元分析及对比.研究结果表明:对于同一典型的板梁结构,用板梁偏心组合建模(单点约束)方案得到的模型与用实体建模方案得到的模型有限元分析结果比较接近,用全板壳建模的两种方案均相对实体单元模型约束稍强,而用板梁偏心组合建模(双点约束)方案得到的模型则约束过强;同时采用板梁组合建模的模型单元数和节点数相对较少,可以节省计算机时,降低计算费用.     

曲杆结构非线性分析中的首梁单元和曲梁单元

采用直梁单元，编制了杆系结构的几何非线性有限元程序。通过2个曲杆结构的实例，对采用直梁单元和多种曲梁单元的有限元计算进行了对比。结果表明，采用两类单元的计算结果没有明显的差别。因而，在杆系结构的非线性分析中，可以采用直梁单元来模拟曲梁，进行屈曲分析。     

开口截面主梁斜拉桥的动力分析

考虑开口形式叠合梁主梁的截面翘曲变形影响 ,推导薄壁梁单元的刚度和质量矩阵 ,建立开口叠合梁主梁斜拉桥的空间动力分析模型。该模型可以有效地模拟桥面系的刚度和质量系统 ,且可以大大减少结构自由度和计算工作量。采用提出的薄壁主梁模型计算一座斜拉桥的动力特性 ,计算结果与实桥测试良好吻合 ,表明本文方法和模型的正确性     

几何非线性协调矩形板单元

利用完备协调矩形板单元来分析弹性薄析以大挠度问题，根据完备调矩形板单元的弯曲位移模式，构造了几何非线性完备协调的矩形板单元，在全量Lagrangian(T.L.)坐标系下给出了其几何非线性刚度矩阵的列式，通过理论证明该几何非线性单元具有完备性、C1阶连续性，从而较好地解决了大挠度薄板单元的C1阶连续性，为了验证该协调单元的正确性，对在均布载荷作用下的四边简支和固定方形进行了大挠度分析，数值算例表明：该几何非线性协调板单元精度高，原理简明，列式简单，自由度少，收敛速度快，是一个性能优良的单元。     

单元板式无砟轨道结构轨道板温度翘曲变形研究

根据单元板式无砟轨道不同施工工艺和结构受力特点,采用弹性点支承梁模拟钢轨,用实体单元模拟无砟轨道各结构层;砂浆填充层采用灌注袋法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按接触单元处理;砂浆填充层采用模筑法施工时,轨道板和砂浆填充层之间按黏结方法处理;建立相应有限元模型,进行轨道板温度翘曲变形研究。结果表明:砂浆填充层采用灌注砂浆袋法施工时,轨道板在温度梯度荷载作用下产生的翘曲变形大于模筑法施工;采用模筑法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈线性关系;而采用灌注砂浆袋法施工砂浆填充层时,轨道板的翘曲变形随上下表面温差幅值的变化呈非线性关系,温差越大,轨道板翘曲变形的变化幅度越大。有限元模型计算的结果与环形铁道轨道板的翘曲变形实测结果基本吻合,验证了模型的合理性和可靠性。     

六四梁单元分析及对六四梁拼组结构强度设计的讨论

本文将六四式军用梁的标准三角和端构架各作为一个单元进行分析，得出单元刚度矩阵及坐标变换矩阵，介绍用六四梁拼组结构刚度矩阵的组集方法。将此方法的计算结果与传统桁架模型的计算结果进行比较，对拼组结构的强度设计理论进行讨论。     

三维高次等参元退化单元在有限元中的应用

介绍了高次等参元退化单元常见型式及其在有限元分析中的应用，具体讨论了节点退化和形状退化情况下单元节点插值形函数的构造和修改，研究了混合单元的有限元求解流程，并编写了相关的求解程序，通过具体算例比较了混合单元与全六面体等参元网格的计算情况，结果表明三维高次等参单元及其退化单元的混合应用不仅可以适应较为复杂的空间实体计算网格，而且还能满足精度上的要求，具有重要的工程意义。     

制动梁的有限元分析

针对制动梁的损伤问题。采用Ｉ－ＤＥＡＳ软件对货车制动梁进行了有限元分析，给出了制动梁的应力分布，从强度角度对制动梁设计方案进行评价。     

黄土地区滑坡稳定性有限元分析

介绍了常见滑坡的类型,通过对黄土地区某铁路工程通过处边坡的工程地质勘察及分析,得出了该滑坡的形成机理,从而判定了该滑坡的存在。进而利用ANSYS软件对该滑坡在自然状态及饱水状态下的稳定性分别进行有限元分析,得出了坡体在各处的安全系数及塑性状态。分析发现,在滑坡体的前缘及后缘处存在着塑性区域,但塑性区域尚未贯通。饱水状态相对自然状态来说安全系数较低,且塑性区域有进一步贯通的趋势。通过有限元分析发现,其分析过程中不需要预先假设滑动面,且可得出坡体各处的应力状态,可以为滑坡的防治提供较科学的指导。     

霍尔元件在电流传感器中的应用

以霍尔效应为出发点,从霍尔元件的结构、驱动电路、技术参数、引脚及霍尔铁心的配合关系展开,并结合实例进行佐证,详细叙述了霍尔元件在电流传感器应用中的关键项点,为电流传感器设计中霍尔元件的应用提供了参考.     

基于实体单元的牵引梁计算分析

采用ANSYS软件对270km/h旅客动车组的牵引梁强度进行计算分析，找到牵引梁强度不足的症结，对用实体单元精确模拟牵引梁结构受力状况做了一些探索。     

结构有限元分析计算精度研究

通过计算示例,对比不同有限元软件的计算结果,分析论证结构有限元分析中,影响计算精度的几个因素,提供一种在使用不同有限元软件时,进行定性、定量分析的方法。     

基于有限元理论的吊弦计算

基于有限元理论、索的非线性理论及牛顿-拉夫逊算法求解接触网系统的吊弦长度,进而建立基于多柔体力学理论的接触网模型,为弓网关系评价奠定基础。     

轮轨接触应力的有限元计算

为了得到精确的数值解,应用弹塑性理论及大型有限元软件ANSYS对轮轨接触应力进行了有限元计算,同时对建模、单元选择、网格划分、参数确定等计算过程进行了说明,得到了不同轴重(1t~30t)时轮轨塑性区尺寸、接触斑形状、Mises当量应力最大值及轮轨接触面压应力随轴重的变化规律。     

地铁杂散电流场的有限元模拟

为了研究地铁杂散电流场的分布规律及其影响范围,建立二维地铁杂散电流场数学模型,采用伽辽金有限单元法进行求解,根据有限元控制方程编制求解程序.对存在解析解的圆环域恒定电位场的模拟计算结果表明,该数学模型和计算程序是合理的可行的.对均匀介质、成层介质的地铁杂散电流场模拟计算结果表明:从地铁隧道到周围地下环境的电位都是非线性衰减的;距离地铁隧道越远,杂散电流强度越小;加大地铁隧道附近区域的电阻可以减小地铁杂散电流的影响范围.本文有限元模拟计算结果可作为确定杂散电流防护范围、定量评价地铁杂散电流对周围地下环境影响程度的依据.     

钢轨接头强度的有限元分析

提出钢轨接头强度计算的有限元方法.该方法采用的计算模型将钢轨接头看作半无限长连续弹性点支承梁用弹性铰连接的结构.给出了钢轨接头强度计算的方法和算例.此外,根据算例还给出了柔度系数及轨道参数对钢轨接头强度的影响.