平面桁架的几何非线性有限元分析

平面杆系结构的几何非线性分析方法有多种.以平面桁架为例,从杆的平衡方程出发,直接利用变分方法导出杆单元在大转动、小应变条件下的考虑几何非线性的单元切线刚度矩阵,依照此原理编制了相应的有限元程序.算例表明,推导结果是正确的,该程序可用于平面桁架的几何非线性分析.     

拱式结构几何非线性分析的样条有限点法

提出了用样条有限点法(SFPM)分析拱式结构几何非线性问题。以位移u和w作为基本未知量,采用3次B样条函数作为位移函数,从最小势能原理出发,建立了样条离散化的非线性刚度方程,推导了非线性刚度矩阵的精确显式。     

混凝土对组合钢桁架梁抗弯刚度影响分析

针对组合钢桁架梁在正常使用阶段下的抗弯性能，以汶马高速克枯大桥为依托工程，采用Abaqus建立了实体和板壳结合的有限元模型，分析了桁架钢管内混凝土以及混凝土板对组合钢桁架梁的抗弯刚度的影响。结果表明混凝土板截面面积较大，对钢桁架梁抗弯刚度的提高较为显著。混凝土板可为钢管提供面外支撑，在一定程度上减小节点变形。当钢桁梁杆件内填充混凝土时，也可限制钢管桁架在节点处的变形进而提高结构刚度。     

温度对结构模态参数的影响研究

在完成结构刚度矩阵计算的前提下,以桁架结构和矩形截面悬臂板为模型,利用有限元程序ANSYS进行建模,分析了不同类型的结构在温度变化作用下的响应,从而得知温度变化对桁架结构的模态参数影响不大,而对矩形截面悬臂板梁的模态参数有一定的影响.     

几何非线性对箱梁剪力滞后效应的影响

推导了考虑剪力滞后效应及剪切变形效应的箱梁的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵,分析了几何非线性对剪力滞后效应的影响.     

上承式钢桁拱桥面内极限承载力分析

为研究大跨度上承式钢桁拱桥在面内荷载作用下的非线性结构行为及极限承载力的主要影响因素,采用纤维模型法推导了计算材料非线性梁单元刚度矩阵的公式和确定单元截面中性轴的方程,分析了某上承式大跨度钢桁拱桥加载全过程的塑性区发展和应力重分布情况,探讨了几何非线性、拱上建筑联合作用、施工方法、布载方式对钢桁拱桥极限承载力的影响。发现几何非线性与拱上建筑联合作用对拱肋最大应力的影响较小,影响程度不超过6%,布载方式与施工方法对大跨度钢桁拱桥的极限承载能力有较大影响。     

基于混合壳单元法预应力混凝土T梁的受力性能

为了准确预测与评估预应力混凝土T梁的力学性能,利用混合壳单元建立了T梁有限元计算模型,对T梁从完好状态至破坏状态的力学行为进行了非线性分析。T梁中弯曲预应力钢筋采用组合壳单元模型,应用虚功原理推导了其对组合壳单元刚度矩阵的贡献,梁底平直预应力钢筋采用分层壳单元模型;利用Owen双参数屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土材料非线性特性,采用双折线本构模型模拟钢筋材料。分析结果表明:混合壳单元法计算结果与试验结果吻合良好,弹性阶段的T梁刚度折减不明显,非线性阶段刚度发生明显折减,跨中预应力钢筋应力增长幅度最大,因此,混合壳单元法对预应力混凝土T梁力学行为分析是有效的。     

大型升船机卷筒结构有限元分析

采用有限单元法对升船机卷筒结构进行整体计算，提出了有限元分析的力学模型，对筒壳、幅板的强度及刚度作了全面分析。     

预应力叠合框架非线性全过程分析方法与程序设计

考虑一期荷载，预应力，预制构件截面相对高度以及材料非线性，几何非线性等因素的影响，采用增量变刚度有限元法，编制了混凝土框架非线性全过程分析的通用程序。所给的单元刚度矩阵形式具有普遍性。．     

几何大变形非线性问题中拟线性等效系统研究

描述几何大变形问题的方程式为非线性微分方程,该方程不能应用叠加原理求解,且当荷载复杂、柔性结构杆件的截面变化时其求解更加复杂.基于拟线性等效系统的原理,提出了简化的拟线性等效系统,通过试差法确定水平位移△,将非线性弯矩和刚度转化为线性问题,从而将欧拉一贝努利方程转化为线性问题,并且在梁中推广了拟线性等效系统.实例验证表明拟线性等效系统简化方法得当、计算结果满足精度要求.     

Stiffness matrix derivation of space beam element at elevated temperature

Element stiffness equation is very important in structural analysis, and directly influences the accuracy of the results. At present, derivation method of element stiffness equation is relatively mature under ambient temperature, and the elastic phrase of material stress-strain curve is generally adopted as physical equation in derivation. However, the material stress-strain relationship is very complicated at elevated temperature, and its form is not unique, which brings great difficulty to the derivation of element stiffness equation. Referring to the derivation method of element stiffness equation at ambient temperature, by using the continuous function of stress-strain-temperature at elevated temperature, and based on the principle of virtual work, the stiffness equation of space beam element and the formulas of stiffness matrix are derived in this paper, which provide basis for finite element analysis on structures at elevated temperature.     

A Simplified Approach to Analysis of High—Rise Frame Tube Structures

Based on finite element method and finite strip method, a simplified approach was presented to analyze high-rise frame tube structures. The generalized strip element is introduced and then the generalized stiffness matrices for beam and column-line are derived by using the displacement functions that describe the nodal displace-ments and displacement transforms. Furthermore, the formulas for the generalized stiffness matrix of generalized strip element and load arrays corresponding to the displacement parameters were developed. It is shown through a series of numerical computation that the nodal angular displacements at the same floor in a generalized strip element are approximately identical. A comparison of the finite element method and the finite strip method shows that the simolified approach not only is accurate, but also reduces the number of basic unknown quantities.     

移动单元法在车辆—无砟轨道—路基模型中的应用

将移动单元法理论推广到无砟轨道的动力学研究当中,建立了新的列车—无砟轨道—路基耦合系统模型.模型离散为轨道单元和车辆单元,下部离散了的轨道单元模型采用移动单元法理论求出其单元质量矩阵,阻尼矩阵和刚度矩阵,上部车辆单元离散为一节整车模型,利用有限元和Lagrange方程计算出车辆单元的质量矩阵,阻尼矩阵和刚度矩阵.该计算...     

大跨度钢筋混凝土箱拱极限承载力的复合非线性分析

基于大跨度箱形拱桥的几何非线性及材料非线性耦合分析方法．可推导出采用平面杆系对钢筋混凝土箱拱进行非线性有限元分析的方法,并编制相应的计算程序,用于桥梁结构的非线性分析,以正确把握桥梁结构的受力状态和破坏机理。     

基于直接刚度法的三段刚度压杆非线性分析

为分析考虑二阶效应的分段刚度压杆内力及位移,根据位移控制方程,建立了变刚度压杆位移和转角方程;根据杆端位移边界条件和变刚度截面处连续条件,得到了位移系数;根据压杆内力方程,建立了以矩阵形式表达的刚度平衡方程,变换得到了变刚度压杆刚度矩阵模型. 将本模型用于分段刚度压杆分岔失稳临界荷载计算,并与解析解、插值形函数单元模型结果进行对比与分析,验证了模型的精度和效率. 结果表明:采用插值形函数法计算压杆临界荷载时,若只划分一个单元,其计算结果与理论解的相对误差最高可达43.24%,随着划分单元数量增加,相对误差降为0.023%;采用基于直接刚度法得到的变刚度压杆单元刚度矩阵计算压杆临界荷载时,只需划分一个单元,即可保证计算结果与理论解一致,该矩阵可用于压杆的非线性分析中,得到压杆内力及位移的精确解.      

Computational method for prestress developing of tensile cable-net structures

The prestress developing of tensile cable-net structures is a state transforming process from the initial unstressed state to the final prestressed state, and it is rather complicated because the elastic deformation is normally coupled with the kinematic mechanism movement. Firstly, the basic equations of prestress developing by moving boundary joint are derived from the total potential energy equation. Secondly, the presumed initial tension is proposed to impose into the elements and avoid the singularity of global stiffness matrix. And the self-stress mode which is calculated from the equilibrium matrix with singular value decomposition is employed as basically presumed initial tension. By applying boundary movement increment, an iterative computation is developed to calculate the updating geometric configuration and tension evolution. Finally, the MATLAB program is coded from the presented method, and numerical examples indicate that this computational method is effective and has theoretical significance and valuable guide to design and construction of tensile cable-net structure.     

建立Timoshenko深梁单元的新方法

基于Timoshenko两广义位移梁理论，建立考虑剪切效应的Timoshenko深梁单元横向线位移、转角和剪应变的各自插值函数，利用有限元方法导出单元线弹性刚度、一致质量矩阵和几何刚度矩阵。算例结果表明此公式用于静力、动力和稳定性分析是可靠的，并且不出现剪切闭锁现象。     

基于ANSYS-MATLAB联合仿真的大跨铁路悬索桥行车分析

针对大跨铁路悬索桥结构复杂、几何非线性显著的特点开展行车动力分析,提出了一种ANSYS与MATLAB实时交互、联合仿真的列车-轨道-桥梁耦合振动分析方法; 在ANSYS内建立悬索桥和轨道结构精细有限元模型,在MATLAB内基于多刚体动力学理论组装车辆质量、阻尼和刚度矩阵,并将轨道结构动力微分方程系数矩阵导至MATLAB中; 分别建立悬索桥子系统、轨道-车辆子系统的动力微分方程,然后基于异步长策略,以大时间步长在ANSYS内考虑主缆几何刚度,并通过更新结构刚度矩阵来求解悬索桥子系统振动响应,以小时间步长在MATLAB内考虑轮轨空间接触关系,并通过施加轨道不平顺来求解轨道-车辆子系统动力响应,2种计算软件通过实时交换数据实现子系统之间的耦合求解; 通过分析某单跨铁路简支梁桥的实测数据验证了该方法的正确性,并利用该联合仿真方法对主跨为660 m的某铁路悬索桥进行了行车动力计算。分析结果表明:随着车速的提高,桥梁动力响应增大,行车安全性与平稳性趋于恶化; 在车速不大于180 km·h-1的工况下,该悬索桥能够满足行车安全性要求; 在列车动力荷载作用下,不考虑悬索桥几何刚度会导致跨中竖向位移产生7.4%的计算误差; 考虑几何刚度、不更新桥梁刚度矩阵导致的桥梁与列车响应计算误差均不超过1%,能够满足工程计算精度需求。可见,提出的联合仿真方法可用于大跨柔性铁路桥梁的行车动力分析。      

A new model for simulation of cold roll-forming of tubes by using spline finite strip method

A new model,called object model,for the simulation of cold roll-forming of tubes is presented.The model inherits the advantages of old models and is the embodiment of forming process that the strip is rolled step by step from feed rollers to last rolling pass.The elastic-plastic large deformation spline finite strip method based on updated Lagrangian method has been developed by improving the stiffness and transition matrix.Combined theory formulas and new analytical model,the forming process of a tube has ...