基于CR列式的壳屈曲分析

为解决薄壁结构屈曲分析的非线性计算问题,针对壳单元大位移、小应变分析,提出了基于更新拉格朗日CR列式的计算方法.该方法采用更新拉格朗日列式建立壳单元在大位移下的平衡方程,利用能量原理得到单元刚度矩阵.求解过程中,采用极分解方法计算变形后单元的随动坐标和单元节点的刚体转动;引入有限转动理论,从总位移中扣除刚体位移,得到节点变形,进而采用小应变理论计算单元应力,得到当前荷载步下的单元状态.最后,通过编制的程序对2个薄壳结构受力后的屈曲行为进行了分析.算例表明,用基于CR列式的非线性分析方法求解壳失稳问题具有较高的效率和精度.     

高速铁路模型箱梁静力非线性和动力损伤关系研究

桥梁结构在荷载作用下的静力非线性与结构动力特性之间的关系是结构损伤识别领域的重要问题。基于高速铁路模型箱梁的重复荷载试验,采用平面非线性有限元分析方法对静力非线性和动力损伤之间的关系进行了研究。通过定义混凝土等效应力－等效塑性应变曲线来定义其弹塑性行为。对数值模型加载到各级荷载后卸载进行动力特性分析,即卸载后计算自振频率和振型。计算结果表明：采用平面非线性有限元分析方法可以比较准确地对箱梁模型进行非线性分析,除了初始模型刚度存在一定误差外,结构的骨架曲线的特征值、加卸载刚度和残余位移吻合较好。在进行非线性分析后进行动力特性是分析可行。竖向频率值的变化能够反映静力非线性发生后结构的损伤出现和损伤的发展规律,这为结构动力损伤识别提供了有效的途径。     

推倒分析方法在桥梁结构抗震分析中的应用

基于推倒分析法的基本原理和实施步骤,对推倒分析中加载模式的选择和目标位移的求取、计算过程及其用途加以介绍,同时对该方法与一般的静力非线性分析方法和传统的弹性分析法作一比较,对于推倒分析方法在桥梁结构抗震分析中的良好应用有所帮助。     

推倒分析方法在桥梁结构抗震分析中的应用

基于推倒分析法的基本原理和实施步骤,对推倒分析中加载模式的选择和目标位移的求取、计算过程及其用途加以介绍．同时对该方法与一般的静力非线性分析方法和传统的弹性分析法作一比较,对于推倒分析方法在桥梁结构抗震分析中的良好应用有所帮助。     

非线性静力分析需求谱建立方法的两点改进

非线性静力分析是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析的一种方法,目前广泛应用于结构的抗震性能评估中.非线性静力分析的研究目前有若干分析方法,这些方法在结构能力曲线建立的方法上是相同的,即首先建立力-位移曲线,然后转化为承载力谱,但是在需求曲线的建立上各有不同.通过介绍几种典型的非线性静力分析需求谱建立方法,指出其和原有的需求谱建立方法的不同和改进之处.     

弹性分开式扣件板下组合刚度理论模型设计方法

为探究弹性分开式扣件系统板下组合刚度的科学设计方法,明确传统计算模型（简称传统模型）的设计误差并提高设计精度,提出了一种基于非线性弹性地基梁的板下组合刚度理论计算模型（简称理论模型）. 首先,将弹性垫板非线性弹性引入地基梁系统中,并将梁段划分为多个计算单元,从而建立反映铁垫板实际变形特征与板下支承特征的板下组合刚度理论模型,并采用中点刚度法求解锚固螺栓紧固扭矩与列车荷载施加过程中铁垫板的变形曲线与板下组合刚度;其次,采用力学试验机测试DZ Ⅲ型扣件系统在真实服役状态下铁垫板的变形与组合刚度,验证本文理论模型的正确性;最后,分析传统模型与理论模型在不同安装状态（螺栓扭矩）、铁垫板设计参数（铁垫板厚度、锚固螺栓间距）下的板下组合刚度,明确传统模型设计误差在不同铁垫板设计参数下的变化规律. 对比分析表明:由于未考虑铁垫板变形与板下垫板非线性弹性的影响,传统模型在安装扭矩范围（150 ~ 250 N?m）内的设计误差范围为37.75% ~ 94.27%,已无法满足工程设计的误差要求;本文提出的理论模型最大误差仅为2.91%,符合工程设计要求;铁垫板厚度较低或螺栓间距较宽时,铁垫板实际变形状态与传统模型中的计算假设差异将被放大,传统模型的设计误差也将进一步变大.      

具有扭转自由度的五节点索单元非线性有限元法

常见的索单元不具有沿轴向的转动自由度,但是在研究输电线覆冰舞动时,轴向的扭转不可忽略,基于此,提出一种新的通用的五节点索单元非线性有限元模型.该模型具有转动自由度,并考虑轴向变形与扭转变形的耦合,采用四次多项式作为位移插值函数及单元形状函数,运用全Lagrangian坐标描述法,由虚功原理建立了有限元基本方程和单元切线刚度矩阵,集成后利用Newton-Raphson法迭代求解.这样建立的非线性有限元分析方法不仅适用于一般悬索结构的分析,也适用于输电线这类需考虑扭转的特殊悬索结构的分析.算例结果表明,方法正确有效,具有较好的通用性,适用于各类悬索结构的分析、设计.     

基于 UL 法的 CR 列式三维梁单元计算方法

为了提高大位移、大转动问题的计算效率和精度，提出了基于更新拉格朗日法（UL法）的三维梁单元分析的CR列式算法．这种方法采用更新拉格朗日列式，运用最小势能原理建立结构的平衡方程，并导出梁单元的刚度矩阵．求解过程中，根据CR列式的原理，采用大转动理论计算更新后的单元和节点坐标，通过扣除结构位移中的刚体位移得到结构变形，进而获得单元的准确内力．最后，给出了2个算例，以证明该方法的正确性和精度．     

考虑二阶效应的空间刚架结构布局优化

针对三维空间刚架布局优化问题,以七自由度节点梁柱单元二阶弹性理论推导考虑构件几何非线性和截面翘曲变形的非线性刚度矩阵,通过整合梁柱单元非线性刚度矩阵对刚架结构进行整体的二阶弹性分析,建立满足刚架结构强度、刚度和稳定性要求的布局优化数值模型;并针对复杂刚架结构布局优化数值求解问题,改进遗传搜索算法（GA）,提出可靠拓扑和引导型遗传算法双向控制方法（KLGA）. 该方法一方面将拓扑变量从布局设计变量中分离,以构件重要度评定结构可靠拓扑变量组合,再与设计变量整合;另一方面将结构特有的引导信息加入算法中,为GA提供全局最优解的指引路径. 通过两种典型的刚架算例表明二阶效应模型和KLGA算法的可行性和有效性,例如算例2中基于二阶效应模型的KLGA得到的最优结构质量比GA减轻了24.5%,波动幅度从9.61%提升到1.39%,算法更加稳定.      

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.     

Geometric Nonlinear Formulation for a Rectangular Plate with Large Deformation

Absolute nodal coordinate formulation for a rectangular plate with large deformation was improved. Based on nonlinear elastic theory, a precise strain expression is used to derive the equations of motion. Both shear strain and transverse normal strain are taken into account. Different from the previous absolute nodal coordinate formulation, the absolute nodal coordinates, which describe the displacement and slope of the element nodes, are separated into three parts: the absolute nodal coordinates in X, Y and Z directions, respectively, so that the dimension of the mass, stiffness and force matrices is reduced. Furthermore, by using constant matrices, which can be calculated and saved before simulation, the nonlinear stiffness matrices can be calculated by matrix multiplication for each time step, so that the computational efficiency can be improved. Finally, simulation example of a rectangular plate with large deformation was used to verify the accuracy and efficiency of the present formulation.     

方程组系数矩阵的递归分块分解算法的设计实现

将方程组系数矩阵的LR分解算法过程加以改进,加入递归算法,使矩阵产生分块。用MATLAB和C语言对2种算法进行比较,发现递归分解法比LR分解算法速度快,占用内存少,适合当今分层多级存储的计算机结构。     

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…     

A Simplified Method for Analyzing Truss Structure Due to Removal of Members

Based on relating equation group, a simplified method was presented in terms of the matrix displacement method, which can be conveniently used to study the re-distribution of the internal forces and displacement of truss structures due to the removal of members. Such removal is treated as though adding a load case to the original truss, and the re-distribution can be calculated without modifying the original global stiffness matrix. The computational efficiency of the presented method is faster by square times than that of the matrix displacement method. The results from the two methods are identical.     

Application Analysis of Strengthened Story in Frame-Core Structures

Lateral deflection formulas are presented for analysis of the strengthened story applied to frame-core structures. For the frame-core structures with top outriggers and with middle outriggers, the relationship between stiffness characteristic parameters of frame and outriggers and the top drift of structures under different loads is analyzed. It is indicated that when stiffness characteristic parameter of frame is large, outrigger efficiency for top drift reduction is low, and the mutation of internal forces occurs; when the stiffness characteristic parameter of frame is less than 3, installing the strengthened story is advantageous to frame-core structures.     

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GPGPU的快速医学图像FCM分割算法

由于医学图像生成容易受到空间时间影响,噪声较大,具有不确定性,传统的硬分割方法很难取得理想的分割结果.模糊分类技术能很好地处理医学图像中的不确定性,却由于计算量大不能保证实时性.灰度统计方法和通用计算图形处理器技术的引入,保证了初始聚类中心的准确性.又由于模糊C均值聚类算法是可并行的,将其改进并在图形处理器上完成计算,降低了算法迭代次数和计算时间,保证了实时性.实验结果表明,使用该方法对医学图像分割得到了良好的结果.     

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。