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.      

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.     

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。     

薄壁箱梁剪滞效应一维有限元分析

根据最小势能原理,建立薄壁箱梁挠曲剪滞基本微分方程.以其解析式作为形函数,利用刚度系数的定义,推导了考虑剪滞影响的箱形梁单元刚度矩阵及等效结点力公式.用该梁单元对一箱梁模型进行计算,并与按SAP通用程序计算结果及试验结果进行比较,证实了本文方法简单而且有效.为了探讨各种剪滞翘曲位移模式的合理性,分别选取二次抛物线、三次抛物线、四次抛物线及余弦函数等翘曲位移模式进行计算;结果表明,这些翘曲位移模式在一定程度上均存在不足,目前还缺乏一种更加合理的位移模式.     

一般半刚性节点连接框架结构分析方法

研究对象为任意节点连接和任意支撑的平面框架。一般梁单元由等截面直杆及其杆端的轴向弹簧、切向弹簧和转动弹簧组成,推导得到此类单元的刚度矩阵、单元在8种基本荷载作用下的等效节点荷载。采用Matlab语言编写了适用于一般节点非线性连接框架的静力分析程序,非线性形式为指数函数或多项式函数,可以得到结构不同连接刚度下的节点位移、杆端位移和杆端力。算例显示出节点柔度对结构受力和变形的影响。     

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.     

变刚度筒中筒结构分析的超元方法

将筒中筒结构连续化处理后,视为一根由内外筒组合而成的悬臂柱,利用连续化处理后微分方程的解作为单元位移函数,推导出了内外筒组合在一起(包括大量梁和柱)的超级元单元刚度矩阵和等效荷载矩阵;求解时,按楼层或刚度不变段划分成超级单元,利用矩阵位移法求解筒中筒结构的位移和内力;求出内外筒内力后,利用由最小余能原理推导出的外筒剪力滞后影响函数控制微分方程,结合超级单元边界条件,给出了外筒剪力滞后影响函数.该方法计算简便,又能考虑外筒的剪力滞后影响,当刚度不变时,计算精度同连续化方法,当刚度变化时,计算结果更加合理.     

移动荷载作用下连续粘弹性基础支承无限长梁的有限元分析

把无限长梁、连续粘弹性基础和移动荷载视为一个系统，并将该系统进行有限单元离散，梁单元的弯曲形函数采用Hermitian三次方插值函数，利用弹性系统动力学总势能不变值原理，得到单元的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵和节点荷载列阵，建立该系统的振动方程组；再用Wilsonθ法求解该振动方程组，得到梁中点的位移时程曲线。举例分析了基础的粘弹性特性和梁的抗弯刚度对梁动力响应的影响。计算结果表明：增大基础的弹性系数、阻尼系数和梁的抗弯刚度都有利于减小梁的动力响应。     

解析型Timoshenko梁有限单元

为提高深梁结构内力及变形的计算精度和效率,以Timoshenko梁理论为基础,建立了深梁位移控制方程,进而构造了深梁挠度、截面弯曲转角和剪切角的解析位移形函数. 采用势能原理建立了深梁的势能泛函,利用势能变分原理得到了解析型单元列式,进而给出了解析型单元总刚度矩阵,将其与理论解、插值多项式深梁单元进行对比分析. 结果表明:构造的解析型单元只需划分为一个单元即可保证计算的深梁挠度和转角与理论解一致,采用插值多项式单元确定的挠度和转角与理论解的相对误差最大可达到19.785%. 同时,为验证剪切变形对深梁位移影响,将构造的单元与Euler梁单元的计算结果进行对比. 对比表明:对于承受均布荷载作用的悬臂梁,基于Euler梁计算的位移与基于Timoshenko梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到50%;对于承受端部集中弯矩作用的简支梁,基于Euler梁计算的位移与基于Timoshenko梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到10.769%. 本文构造的单元满足了高精度、高效率的要求;该解析型梁单元可适用于浅梁分析,且不存在剪切闭锁的问题.      

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。     

一种剪力滞效应分析的薄壁箱梁单元

用多个不同的纵向位移差值函数自动计入翼板宽度及其至截面形心距离对剪滞翘曲幅度的影响,并考虑轴力平衡条件,构造薄壁箱梁（可蜕变为开口截面梁）的翘曲位移函数,通过对普通杆件增加相应的节点位移参数,导出了剪力滞分析的薄壁箱梁单元刚度矩阵。计算结果和已有文献的实验结果吻合良好,表明方法是可行的。     

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。     

非线性的变曲率薄壁曲梁单元

将薄壁曲梁理论直接与有限元技术相结合，演引出一种新的薄壁曲梁单元，这种梁单元除计算及剪切变形外，还在6个自由度的初等梁的公式上，增加一个自由度，以考虑翘曲效应，并在推导过程中，考虑了曲梁曲线变曲率的影响，通过计算实例比较，说明这种梁单元的工作性能是良好的。     

钢筋混凝土框架滞回过程的柔度分析法

介绍了分析框架结构滞回过程的柔度法，框架结构通常是采用基于位移形函数的刚度法进行非线性分析，但由于位移形函数假定了杆件内部变形与杆端节点位移的代数式关系，在荷载达到极限点附近时有较大误差。柔度法根据杆件内部力与节点力的平衡建立了内力形函数，在加载过程中结构和杆件始终满足力的平衡和协调条件，因而能够得到比刚度法更精确的结果。利用自编的框架结构柔度分析法程序对一榀钢筋混凝土平面框架进行了计算分析，结果与试验吻合较好。     

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.     

大跨径连续刚构桥主墩的合理刚度分析

以大跨径刚构桥主墩刚度的作为研究对象，分析主墩刚度计算方法，利用有限单元法，对典型桥梁主墩在不同的设计参数下的内力、位移和稳定荷载系数进行计算分析，归纳出大跨径连续刚构桥主墩类型、主墩截面设计参数（纵桥向宽度）的确定公式，分析在悬臂施工中的不平衡弯矩所需两薄壁墩抗弯刚度的两墩间距和系梁的数设置对桥跨结构内力、位移及稳定性影响，总结出主墩类型及设计参数的规律性。     

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）。     

一种有效的弹塑性梁模拟方法

根据桥梁工程的实际需要,提出采用一个梁单元和一个杆单元组串联而成的等效单元组来模拟平面弹塑性梁,并推导了根据弹塑性梁的荷载—位移曲线求等效单元组参数的有关公式。最后,在某桥的桥墩上采取笔者提出的等效单元组模型,计算了该桥的弹塑性地震响应。     

一种有效的弹塑性梁模拟方法

根据桥梁工程的实际需要，提出采用一个梁单元和一个杆单元组串联而成的等效单元组来模拟平面弹塑性梁，并推导了根据弹塑性梁的荷载—位移曲线求等效单元组参数的有关公式．最后，在某桥的桥墩上采取笔者提出的等效单元组模型，计算了该桥的弹塑性地震响应．     

分析斜交弯桥的刚度法

考虑弯桥梁轴线与支承线斜交 ,按平面曲梁杆系结构分析斜交弯桥 .采用节点坐标系 ,构建了圆弧梁的单元刚度矩阵 ,给出了常用荷载等效节点力的计算方法 .用直接刚度法 (电算 )和位移法 (手算 )解算斜交连续曲线梁桥和弯形刚构桥 .算例表明 ,该方法方便、可靠 ,具有通用性 ,便于编程和手算