变截面平面梁单元的双线性模型

从变形体虚功原理出发，推导了平面任意变截面梁单元的刚度阵和质量阵；从用户使用方便简单的角度提出了一种双线性变截面模型，在此基础上得到了梁单元的刚度阵、质量阵以及机动法求影响线公式的显式表达式，算例表明双线性变截面梁单元符合位移有限元的特点，在应用方便情况下能有效地提高精度，具有一定的实用性。     

工程结构分析中的变截面梁单元

针对工程结构中广泛应用的变载面构件,提出了一个变截面平面梁单元,推导了其单元刚度矩阵和等效节点荷载公式。该单元应用于截面高度呈线性变化的构件时将得到准确解。文中给出了一个变截面悬壁梁算例,其变形计算结果表明,若用通常的分段刚度单元进行近似计算,必须使用较多的单元数才能趋近于采用一个变截面单元的结果（准确解）。     

“形状乘子法”与变截面梁的优化设计

本文应用“形状乘子法”建立了变截面梁的数学模型及单元刚度矩阵,并最终实现了等直梁与变截面梁之间的可控转化。     

基于网格截面法的非线性梁单元

为准确描述材料进入非线性阶段后的应力状态,针对采用梁单元时框架结构材料非线性的有限元分析问题,提出了基于分布式塑性理论的三维材料非线性梁单元分析方法--网格截面梁单元法,并通过算例对其有效性和准确性进行了验证.这种方法采用平面等参单元将梁单元截面网格化,通过引入材料本构模型,由截面网格材料的应力-应变关系和应力分别积分得到梁单元的截面刚度矩阵和截面抗力,再通过位移插值函数计算梁单元在材料进入非线性阶段时的单元刚度矩阵和节点抗力.     

变曲率曲线梁的单元刚度矩阵分析

针对单元刚度矩阵多为隐函数,不便于直接应用的问题,在极坐标系下,假定变曲率曲线梁剪心和形心重合,根据卡氏第二定理,推导了一种显式变曲率曲线梁单元悬臂端柔度矩阵的解析解公式.该公式先将其柔度矩阵退化到经典的形式;再通过求逆运算得到变曲率曲线梁单元悬臂端刚度矩阵;最后根据静力平衡条件与结点位移的任意性获得曲线梁的单元刚度矩阵.以两端固定曲线梁为例,利用MATLAB编程与ANSYS有限元计算结果进行了对比,结果表明:竖向位移和扭转角相差都在5%以内,两者的误差较小,验证了单元刚度矩阵对变曲率曲线梁计算的有效性;矩阵中的元素可用带参数的显函数表达,且所有参数都可直接引用,说明了它的正确性.     

空间大挠度Timoshenko梁的有限元计算方法

解析了几何非线性的大挠度Timoshenko梁的变分原理,建立了考虑横向剪切应变的大挠度梁的空间单元刚度矩阵;采用基于梁截面弯矩-曲率关系的宏观有限元方法,直接通过节点坐标系计算内部节点力,提高了大位移、大转动梁的计算精度及效率;编制了考虑单元大转角、大位移和剪切变形影响的非线性有限元程序;通过数值算例验证了该程序的可行性和有效性.     

BEAM18x单元在杆系结构分析中的应用

简要介绍了ANSYS提供的BEAM18x单元的功能和Timoshenko梁理论的基本假定,就该单元的长细比影响、曲梁应用,变截面、组合截面、剪切变形的处理及刚度矩阵推导等问题进行了讨论,总结了用BEAM18x单元进行杆系结构分析时的适用性与方法,有助于对BEAM18x单元的理解及应用。     

基于传递矩阵法的变截面连续梁动力分析方法

从建立更为快捷的变截面连续梁动力分析方法出发,以某一类常见结构形式的变截面梁为切入点,基于传递矩阵法建立了变截面连续梁的节段式传递矩阵推导方法、自振特性分析方法,研究了移动弹簧质量作用下的动力时程计算方法。首先,由变截面梁横向弯曲振动微分方程出发,建立节段式单元传递矩阵的推导方法;然后,建立变截面连续梁整体传递矩阵的构建方法,完成其自振特性分析;之后,结合Newmark-β法完成移动弹簧质量激励下变截面连续梁的动力时程计算;最后,以MATLAB为平台开发了适用于变截面连续梁动力分析的数值仿真模拟程序。计算结果表明:该变截面梁动力分析方法不仅正确可靠,相比于有限元法还更为简单、高效,具有一定的应用前景。     

梁格法在槽形梁分析中的应用

采用基于梁格法的基本原理提出槽形梁的空间梁格模型,总结了梁格单元划分和截面特性计算的一般方法,并介绍了空间梁格模型横梁刚度的试算方法以确定出合理的横梁刚度值,最后通过工程实例验证了模型的有效性.     

空间大挠度Timoshenko梁的有限元计算方法

解析了几何非线性的大挠度Timoshenko梁的变分原理,建立了考虑横向剪切应变的大挠度梁的空间单元刚度矩阵;采用基于梁截面弯矩-曲率关系的宏观有限元方法,直接通过节点坐标系计算内部节点力,提高了大位移、大转动梁的计算精度及效率;编制了考虑单元大转角、大位移和剪切变形影响的非线性有限元程序;通过数值算例验证了该程序的可行性和有效性。     

MatLab在有限元刚度矩阵推导中的应用

MatLab具有强大的符号运算功能.以平面梁单元刚度矩阵为例,详细介绍MatLab在单元刚度矩阵推导中的具体应用,编写了平面梁单元刚度符号运算程序,运算结果与手工推导完全一致,该方法可进一步推广到其它单元甚至到更复杂非线性单元刚度矩阵推导中.     

MatLab在有限元刚度矩阵推导中的应用

MatLab具有强大的符号运算功能.以平面梁单元刚度矩阵为例,详细介绍MatLab在单元刚度矩阵推导中的具体应用,编写了平面梁单元刚度符号运算程序,运算结果与手工推导完全一致,该方法可进一步推广到其它单元甚至到更复杂非线性单元刚度矩阵推导中.     

有黏结预应力梁中预应力筋的几何非线性分析

以常规的非线性平面梁元平衡方程为基础,将预应力束视为两端通过刚臂与混凝土梁元节点连接的平面杆元,在局部坐标系(随转坐标系)中计入预应力,根据刚臂在受力后只有刚体运动而本身不变形的特点,采用微分方法导出其在结构坐标系中的切线刚度矩阵,从而获得混凝土梁元与预应力束杆元在结构坐标系中的组合单元切线刚度矩阵;编制了程序,对预应力钢筋混凝土悬臂梁进行几何非线性分析;与ANSYS计算结果比较表明,提出的方法在非线性程度很高时仍能获得高精度数值解,具有对单元数量不敏感,预应力作为非保守荷载的特点容易被计入的优点。     

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。     

钢管混凝土拱结构计算的矩阵位移法

视钢管混凝土为复合材料 ,建立了钢管混凝土拱结构计算的矩阵位移法。在对横截面作空间有限元子结构分析的基础上 ,利用平截面假定 ,将空间子单元转换为杆单元 ,从而导出了杆元的刚度矩阵。如进一步深入 ,可应用到钢管混凝土拱的非线性分析中。     

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.     

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.     

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。     

GEOMETRICALLY NONLINEAR FE FORMULATIONS FOR THE MACRO-ELEMENT UNIPLET OF FOLDABLE STRUCTURES

Introduction　　 Pantographic foldable structure works on theprinciple of a pantograph[1,2 ] . A structure of thistype may be referred to as“pantograph structure”,or simply“p- structure”. The basic unit for the p-structure is a componentso- called duplet[3 ] ,orpan-tograph unit[4] ,Scissor- Like Element ( SLE) [5] ,asshown in Fig.1 .A pantograph unitconsists of twocoplanar straightbars called uniplet,which are ca-pable of rotating about the intermediate pivot,re-ferred to as a scissor h…     

多约束燃料棒自由振动特性

为开发用于核燃料设计的流致振动计算程序，基于梁理论和势流理论，建立了多约束燃料棒振动问题理论分析方法. 首先通过多跨连续梁理论，得到了多约束燃料棒在空气中振动控制方程和干模态下总体刚度矩阵和质量矩阵；然后通过势流理论，考虑了流体轴流和边界条件的影响，给出了湿模态下附加质量矩阵；最后以压水堆燃料棒为例，得到了燃料棒在干模态和湿模态下自由振动固有频率和振型的理论分析结果，并研究了弹簧刚度和附加质量系数对振动固有频率的影响. 研究结果表明:通过理论分析方法所得计算结果与有限元软件ANSYS计算结果相一致；燃料棒在堆芯中结构为棒束形式，且周围为高速流动流体，振动频率及振型受到流体轴流和周边相邻燃料棒的边界效应影响，但由于多约束作用，流体轴流和边界效应仅影响了振动固有频率，而对振型基本没有影响；拉压和扭转弹簧刚度越大，燃料棒振动频率越高，增加扭转弹簧刚度可使第1阶固有频率增加79.1%，附加质量系数越高，燃料棒振动频率越低，可使第1阶固有频率降低18.2%，通过优化刚度方法可得到理想的振动特性，为格架设计提供参考.