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.      

几何参数对Timoshenko梁固有频率的影响

应用最小余能原理的理论和方法，对Timoshenko梁进行动力分析，计算了简支矩形截面Timoshenko梁的固有频率；通过算例讨论了梁的长度、截面高度和阶数对固有频率的影响，并作出了固有频率的相对误差E(w)％随阶数n和梁长l与矩形截面高^之比的变化曲线，固有频率。随阶数n、梁长l以及截面高h的变化曲线．通过分析计算和作图，得到一些实用性结论．     

弹性地基上Timoshenko梁的微分容积解法

用微分容积法求解弹性地基上Timoshenko梁的弯曲、稳定和振动问题。通过微分容积法将梁的控制微分方程和边界约束方程离散成为一组线性代数方程组,由这组代数方程可以求得其弯曲,稳定和振动问题的数值解。数值算例表明,本方法稳定收敛、精度较高,对Timoshenko梁问题简单、有效。     

基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道耦合振动分析

运用车辆－轨道耦合动力学理论，建立了基于Timoshenko梁钢轨模型的车辆－轨道耦合振动模型，分析了钢轨的固有振动特性，初步探讨了车辆－轨道系统的动力响应，结果表明，Timoshenko梁钢模型在固有振动及强迫振动两方面均与Euler梁钢轨模型有明显不同，前者能更详细地描述钢轨的高频特性。     

斜交梁单元及其应用

提出了一个斜交梁单元，推导了其单元刚度矩阵和等效节点荷载公式，并用于分析斜交连续梁。     

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）。     

桥梁变截面梁单元计算方法探讨

针对桥梁工程中广泛应用的变截面梁,按照截面的实际变化规律,采用C++语言编写了一种考虑节点位置在截面上可变化的变截面梁单元计算程序,计算结果与多种软件进行了比较。结果表明:对变截面梁进行结构分析时,坐标选取在形心轴较其他位置能得到更高精度的结果,但是为了建模方便,将坐标选取在桥面也是行之有效的方法。     

钢筋混凝土深梁极限荷载的计算方法

对于钢筋混凝土深梁的抗剪计算的方法,由于剪切强度问题的复杂性,各国学者提出了许多种理论,到目前尚无统一标准和规范。以钢筋混凝土塑性理论为基础,用上限方法提出了确定钢筋混凝土深梁剪切破坏时的极限荷载的计算方法。     

预应力混凝土梁非线性分析单元模型

为了能够准确有效地分析混凝土梁中预应力钢筋的力学性能, 模拟结构中存在的普通钢筋、预应力直线钢筋和预应力曲线钢筋, 提出了一种预应力混凝土梁非线性分析的单元模型。应用有限元理论, 采用全拉格朗日列式的三维杆单元模拟预应力钢筋; 采用实体退化组合壳单元模拟结构; 应用钢筋单元和混凝土单元之间的位移场关系形成钢筋对混凝土单元的贡献, 将预应力钢筋对结构的作用直接反映在单元模型内部。预应力混凝土T梁的破坏过程模拟结果表明梁的跨中挠度计算结果和试验实测数据吻合, 单元模型有效地反映了预应力束的力学性能。     

平面杆系结构有限元分析CAI系统

用VisualC++语言开发了一个Windows 9x环境下的平面杆系结构有限元分析CAI系统 .屏幕上可同时显示结构的原始状态、受载后位移状态、各种内力图、影响线及结构主振型 ,采用形象直观的图形界面来提高学生学习有限元知识和C++语言的兴趣 ,其方便的数据输入方式可降低学习有限元知识的难度 .本系统可与结构力学杆系结构有限元的教学配合使用     

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。     

预应力混凝土梁超载能力分析

为了验证利用有限元法分析预应力混凝土梁极限承载能力的准确性,对T形预应力混凝土模型梁进行了极限承载力加载破坏试验,采用ANSYS有限元程序,建立了T梁的分离式有限元模型,分析了模型梁从加载到破坏全过程的受力和变形。发现利用实验与有限元法得到T梁的荷载-挠度曲线与荷载-应变曲线的变化趋势一致,并呈现良好的非线性,但是通过荷载试验得到T梁的超载能力为9.07 kN.m,按照有限元分析得到的超载能力为12.48 kN.m,偏差较大,原因是分析模型偏于理想化。分析结果表明:利用有限元法在总体上能够有效地模拟钢筋混凝土梁受力全过程中各个量的非线性变化,对超载能力的求解是可行的。     

有限元分析中三维体元和梁元的非节点连接

在对三维体元任一点移动和转动分析的基础上,导出了体元和梁元恰当连接应满足的多点约束方程,通过直接代入梁元的单元分析进行自由度替换实现了体梁的良好连接.本文方法对体元和梁元的连接形式具有较强的适应能力,应用方便,算例表明具有较高的数值精度.     

有限元分析中三维体元和梁元的非节点连接

在对三维体元任一点移动和转动分析的基础上,导出了体元和梁元恰当连接应满足的多点约束方程,通过直接代入梁元的单元分析进行自由度替换实现了体梁的良好连接.本文方法对体元和梁元的连接形式具有较强的适应能力,应用方便,算例表明具有较高的数值精度.     

高层建筑结构转换梁的有限元分析

转换层能承受上部结构的各种内力,并向下传递内力。梁式转换层作为目前高层建筑结构中实现垂直转换最常用的结构形式,其结构分析的精确性尤为重要。分析梁式转换层结构设计原理,确定转换梁有限元分析范围、单元网格的划分、计算荷载的取用及支撑与侧向边界的简化,建立转换梁有限元分析模型。     

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。     

板梁偏心连接结构有限元分析

为了合理处理列车车体结构分析中典型的板梁偏心连接问题, 分别基于罚单元法和La-grange乘子法构造了板梁组合结构模型, 将组合结构中相关节点对之间通过偏心关系建立的约束方程引入到平衡方程中, 解决了梁单元因偏心连接而对组合结构总体刚度矩阵的贡献问题, 并编制了求解板梁组合结构静强度计算问题的有限元程序。实例计算表明不但两种计算方法的计算结果吻合, 而且其计算结果均与有限元分析软件ANSYS 9.0计算结果接近, 位移误差在1%以内, 应力误差在2%以内, 分析表明二者均是处理板梁偏心连接组合结构的有效方法。     

表层嵌入混合FRP筋的连续梁弯曲性能与影响因素

通过4根表层内嵌入不同FRP筋加固连续梁试件的静载试验, 研究了试验梁的弯曲性能, 借助通用有限元分析软件分析了影响试验梁承载力的混凝土强度、初始荷载、FRP筋弹性模量与配纤率等因素。分析结果表明: FRP筋与混凝土之间未发生剥离破坏, 加固效果显著; 与未加固梁相比, 加固梁屈服荷载与极限荷载提高幅度分别可达31%、56%;随着混凝土强度、FRP筋弹性模量与含纤率的提高, 加固梁屈服荷载与极限荷载提高幅度分别可达38%、17%;随着初始荷载的增大, 加固梁屈服荷载与极限荷载降低幅度分别可达6%和24%;试验梁屈服荷载模拟值与试验值的平均比值为0.969, 极限荷载模拟值与试验值的平均比值为0.962, 钢筋屈服时跨中挠度模拟值与试验值的平均比值为1.104, 梁破坏时跨中挠度模拟值与试验值的平均比值为1.024, 荷载-挠度模拟曲线与试验曲线走势基本一致, 这说明有限元分析结果与试验结果吻合较好, 有限元法可以较好模拟试验梁的力学性能。