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。     

有限元三维实体单元与壳单元的组合建模问题研究

板单元与实体单元之间的连接由于本身自由度的不同使转动自由度不连续，这个问题是有限元计算中比较难以解决的问题，本文采用复合单元来实现板单元与实体单元之间的过渡，复合单元可以看成是板单元与实体单元的组合，其刚度矩阵可以看成是板单元刚度矩阵与实体单元刚度矩阵的叠加，即复合单元具有三个方向的位移自由度和三个方向的转动自由度，通过对全实体有限元模型和具有复合单元的有限元模型的计算证明，采用复合单元来实现板单元与实体单元之间的过渡，其计算结果与全实体有限元模型的计算结果偏差较小，结果真实可靠。     

板梁组合结构的I-deas软件有限元建模研究

应用I-deas结构分析软件对同一板梁组合结构采取3种不同方式的建模,通过分析3种建模方式的建模情况及计算结果,研究在计算机容量、结构特点、边界条件、载荷方式等的不同情况下如何建立行之有效的有限元模型.     

板梁组合结构的I—dras软件有限元建模研究

应用Ｉ－ｄｅａｓ结构分析软件对同一板梁组合结构采取３种不同方式的建模，通过分析３种建模方式的建模情况及计算结果，研究在计算机容量、结构特点、边界条件、载荷方式等的不同情况下如何建立行之有效的有限元模型。     

铝合金地铁车体零件有限元模态分析

目前,铝合金地铁车体广泛采用大型中空闭口型材,其结构具有一定的复杂性,为简化计算程序,需进行 铝合金车体的有限元建模与静力学分析。本文通过采用两种不同的单元类型(solid45和shell63)建立铝合金地 铁车体典型零件的有限元模型,在相同的边界条件和载荷下,比较两种模型的静力学和动力学计算结果,得出 在满足工程精度的前提下采用板壳单元,可使单元数大大减少,且提高了网格的质量,具有节约计算成本的特 点,这为进行铝合金地铁车体的有限元建模与静、动力学分析及优化提供了参考依据。     

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。     

基于混合有限元法的钢箱拱相关稳定分析

针对薄壁结构提出了一种混合有限元方法,对结构关心的部位采用板壳单元模拟,其他部位采用杆系单元模拟,根据平截面假定推导了2种单元在交界面处的约束方程,由此建立整体混合有限元模型。通过算例验证了该方法的可靠性,可以计算薄壁结构的整体稳定、局部稳定和整体局部相关稳定。用该方法对某座刚构-单肋钢箱系杆拱组合桥梁进行特征值和弹塑性稳定分析,得到了相应的稳定系数和失稳模态。实例显示,该方法既可以弥补梁单元模型无法计算构件局部屈曲的不足,又可克服局部板壳模型无法准确模拟其整体边界条件及工作环境的缺点,还可以避免全结构板壳模型产生过多单元数量和庞大结构刚度矩阵的弊端,计算可靠性和计算效率大大提高。     

一种新型铁路钢—混组合桁架桥的动力特性分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的新型铁路钢—混凝土组合桁架桥建立了有限元计算模型,分别采用空间梁单元、空间板单元及三维实体单元对混凝土槽形板进行模拟。计算分析了桥梁的自振特性和移动列车荷载作用下的动力响应。结果表明:采用三种不同单元模拟槽形板得到的结构主要振型及相应自振频率的计算结果较为接近,梁单元模型可在保证精度的前提下大大减少计算工作量;移动荷载作用下桥梁的竖向挠度和加速度响应较小,满足我国干线铁路行车要求。     

板桁组合结构计算模式与动力特性研究

首先用有限个横向条带法构造了板桁组合结构板梁单元考虑局部面外变形的空间位移模式，然后根据变分原理，导出了横向条带板梁单元的结构矩阵。文末应用所编程序，对广东西江桥桁组合结构模型梁的振动特性进行了研究，并对计算结果进行了一些试验验证。     

不同FE建模方法对疲劳强度分析结果影响的对比研究

为了提高工程结构强度分析的效率,基于ANSYS和Hyper Mesh平台建立了某型号机车焊接构架的全实体单元模型和体—壳混合单元模型,并对这2种建模方法的建模时间、分析周期及疲劳强度的计算精度进行了对比分析。针对体—壳混合单元组合建模中存在的体、壳单元连接处自由度不匹配的问题,在接口引入了RBE2刚性连接单元来提高计算精度。研究表明:全实体单元建模方法在工作量、分析周期以及有限元模型的规模等方面,都数倍于体—壳混合单元组合建模方法;采用合理的体、壳单元连接措施后,其疲劳强度分析计算精度的相对误差能控制在10%的范围内,对提高工程结构强度分析效率具有良好的应用价值。     

转体施工的铁路曲线连续槽形梁设计关键技术研究

为了确保转体施工的曲线连续槽形梁结构设计安全可靠,需要解决以下关键技术问题:结构横向受力、日照温差应力较大、支座中心线横向位置、曲线转体结构横向偏载、曲线槽形梁结构受力计算等。通过道砟槽板横向预应力束的合理布置,克服横向连接处主拉应力;通过适当增加边主梁顶板保护层厚度和纵向预应力束的合理布置,控制了日照温差应力;研究合理的横向支撑位置,避免对结构产生横向次应力;曲线悬臂转体结构横向偏载,将球铰中心相对于上下承台设置横向预偏心,解决转动时横向自重不平衡引起梁体侧倾的问题;通过建立平面模型、单梁模型、梁格模型和实体模型,对比分析计算曲线空间结构的受力问题。结果表明:曲线连续槽形梁结构受力均满足规范要求。     

考虑界面滑移的多自由度钢-混组合箱梁空间有限梁段法

根据连续介质力学和组合箱梁力学行为特点,放弃周边不变形假定,采用局部自由度方法,建立考虑界面滑移影响的组合箱梁空间梁段有限单元法。将栓钉视为连续介质,组合箱梁各板件视为组合箱梁子单元,并将组合梁元端节点引入界面滑移及其一阶导数作为广义自由度,利用最小势能原理建立组合箱梁梁段单元刚度矩阵和荷载列阵。编制组合箱梁空间非线性计算程序。计算结果表明:该方法计算可靠,容易操作且网格划分灵活,适用于大跨度组合箱梁空间非线性计算分析。     

薄壁直线箱梁仿真分析的板段元方法

针对现有计算方法无法准确反应箱梁断面框架受力特征的缺陷,提出一种新的板段单元分析法。该方法基于Kirchhoff直线法假设,在已有箱梁腹板、翼板刚度方程基础上,准确考虑横隔板对结构整体受力的影响,相对粗略考虑横隔板自身的应力变化规律,提出新的横隔板元位移模式,从而建立完整的箱梁板元分析列式。算例分析表明:该方法可正确模拟箱梁纵向正应力受横隔板的影响规律,即较好地反映横隔板对箱梁翼、腹板的弹性支承效应;与通用有限元精细模型相比,在相同的计算精度要求下,板段元法所需的自由度少得多,极大地降低了仿真分析的计算量。板段元法适用于其他断面形状的箱梁结构或肋板式结构,也可用于斜交箱形直梁的分析,具有较好的适用性。     

带高防护结构的边箱叠合梁斜拉桥涡振性能及抑振措施研究

为研究跨铁路站场的带高防护结构边箱叠合梁斜拉桥的涡振性能及抑振措施,开展1:50节段模型涡激振动风洞试验研究。试验分析风攻角(+3°,0°和-3°)以及防护结构对主梁涡振性能的影响。在此基础上,综合测试水平稳定板、梁底稳定板、风嘴、改变防护结构透风率等气动措施对桥梁涡振性能的提升效果。试验结果表明:带高防护结构的边箱叠合梁涡振性能较差,3个风攻角工况均出现了大幅竖向涡激振动;防护结构以及断面本身较钝的外形造成了主梁的气动不稳定,考虑到其本身较明显的钝体效应,建议在断面两侧安装风嘴;采用风嘴+两道梁底稳定板的方式能显著提高主梁涡振性能;在安装风嘴的基础上,增大防护结构下部实心段的透风率能够较好的控制主梁涡激振动。     

钢-混凝土混合结构在大跨度连续刚构桥中的应用

重庆石板坡公路长江大桥采用填充混凝土后板式钢—混凝土接头。在轴力、弯矩和剪力的作用下,钢—混凝土接头处将产生轴向压应力、拉应力和剪应力。压应力由承压板及PBL剪力键共同传递,拉应力、剪应力主要由PBL剪力键传递。计算得到钢—混凝土接头的最不利荷载组合内力。在钢—混凝土接头附近截取18m长的1个梁段,将混凝土与贯穿钢筋进行耦合、贯穿钢筋与PBL板进行耦合,采用实体单元、板单元和梁单元,建立钢—混凝土接头有限元模型,利用有限元软件ANSYS进行仿真分析,得到钢—混凝土接头各部分的应力分布。结果表明:结构各构件在设计荷载下并未出现超出材料强度的应力峰值;剪力主要靠腹板上的PBL剪力键传递;有效的预应力体系是钢—混凝土接头可靠性的根本保证。     

城市交通系统中宽扁梁结构的自由振动分析

为研究城市交通系统中宽扁梁的动力性能,由明德林(Mindlin)板理论退化得到板梁的控制方程,并推导出两端简支和两端固支板梁的自由振动特征方程,然后分别求解其自振频率和模态,并将计算结果与铁木辛科(Timoshenko)梁、Mindlin板的结果进行对比,总结板梁方程的梁宽适用范围并考虑泊松比对宽梁自由振动的影响。分析表明:相较Timoshenko梁方程,板梁方程更贴近Mindlin板的计算结果,尤其是前5阶自振频率,更适于较大泊松比的宽梁结构动力分析。     

徽水河大桥塔梁结合段构造优化研究

斜拉桥外倾H型塔柱与钢板组合主梁在塔梁结合处采用固结式连接,是一种构造较为复杂的斜拉桥塔梁连接形式。本文以芜黄高速徽水河大桥为依托,利用有限元分析和BIM模型分析方法,从受力需求和施工便利性角度对塔梁结合段的合理构造进行研究。结果表明,钢板组合主梁在塔梁结合段位置存在刚度突变,应在靠近结合面位置合理设置过渡加劲以实现应力平顺过渡,优化后的结合段局部受力状态良好;采用BIM技术准确模拟结合段范围内钢构件、钢筋、预应力空间位置,以主受力钢筋和钢构件保持连通为原则,精准确定钢梁开孔位置,保障了开孔质量与精度,解决了结合段钢结构及钢筋安装难题,最后提出合理的塔梁结合段构造形式。     

京新高速钢板组合梁桥工字钢梁温度效应研究

温度效应是影响桥梁内力、线形乃至施工安全的重要因素。本文以盆克特2号钢板组合梁桥为例,以板单化规律进行研究;据此规律,重点分析支座与跨中两个关键截面温度梯度作用下截面正应力随梁高的变化规律;按照中、英、美三国规范分别规定的温度梯度作用建立模型,对工字钢梁跨中截面应力分布特征进行对比分析。     

高铁站台钢结构雨棚健康监测技术的研究与应用

研究高铁站台钢结构雨棚健康监测技术,设计雨棚变形在线监测系统,解决雨棚变形在线监测问题。采用安装平行于梁轴的振弦式应变传感器收集包括列车通过荷载、环境荷载等特征信息,确定应力计算方法,通过ANSYS分析软件,将力学简化后的雨棚顶面传递的风荷载、雨荷载和雪荷载作用到有限元模型的节点上,建立空间三维模型分析受力并进行预测,及时发现结构响应的异常、损伤或退化。研究表明,该监测系统有助于及时发现钢结构雨棚的变形、损伤等问题。