余能原理基面力元法在桁架弹塑性分析中的应用

基面力元法(BFEM)是一种新型的有限单元法,是以"基面力"来描述一点的应力状态。为了编制适用于桁架弹塑性分析的MATLAB基面力元程序,以余能原理基面力元法为基础,将基面力元法的平面4节点的实体单元模型向桁架单元进行退化,列出了退化桁架单元的柔度矩阵、单元轴力和节点位移的具体表达式,并对其控制方程进行了必要的处理。根据退化的桁架单元模型,采用增量法的思想和线性强化弹塑性模型,以三杆超静定桁架和复杂静定桁架为算例进行了计算。将计算结果与大型有限元分析软件ABAQUS的T2D2计算结果进行了对比分析,发现所用方法与ABAQUS的计算结果高度吻合,进一步验证了基面力理论的正确性和程序的适用性。     

余能原理基面力元法在重力坝应力分析中的应用

介绍了二维线弹性问题的余能原理基面力元法。该方法以基线力表征物体的受力状态,以其对偶量位移梯度表征物体的变形状态。通过重力坝算例与平面4节点等参元(Q4模型)和平面4节点减缩积分单元(Q4R模型)的对比分析,探讨了基面力元法应用于重力坝应力分析的可行性。数值分析结果表明,基于余能原理的基面力元法具有较高的计算精度,可以应用于重力坝应力分析问题,有较广阔的应用前景。     

板桁结合斜拉桥空间非线性静力分析

钢筋-混凝土结合斜拉桥是一种新型桥梁,通过对板桁结合斜拉桥空间非线性静力分析,将结构分为主塔、斜拉索、桥面系和主塔间的支承体系,并建立有限元模型,用UL增量迭代法求解非线性方程组,解出结构内力并进行比较,建立了板桁结合斜拉桥结构的空间几何非线性有限元分析方法,按照空间梁单元和杆单元相结合的计算模型的计算结果与按照空间梁单元和板单元相结合的板桁组合结构模型,采用ALGOR-FEAS分析系统对恒载内力分析,说明所编程序计算结果的可靠性,可用于指导工程实践。     

基于非线性规划和有限元法的悬臂式桁架优化设计

为了对悬臂式桁架结构进行改进与优化,提出了一种更为简单可行的非线性规划模型。首先,在充分分析悬臂式桁架使用要求的基础上,创新性地将悬臂端节点挠度和结构的可靠性分别视为目标函数和限制条件,并通过静力学分析确定了目标函数和限制条件的具体表达式。然后,利用Python语言编程对优化方案进行求解,发现在给定的限制条件下,当桁架的总长为4 m、总高为2.6 m且杆件的横截面积为1 400 mm~2时,悬臂端节点的挠度最小。最后,利用ABAQUS软件并根据有限元法来判断优化方案的合理性。有限元法的计算结果表明:得出的优化方案是较为准确合理的,且适当减少桁架的总长并增大桁架的总高和杆件的横截面积,可以降低悬臂端节点的挠度。因此,基于非线性规划模型提出的目标函数和限制条件为其他类型桁架结构的优化设计提供了新思路。     

下承式钢桁拱桥极限承载力分析

极限承载力分析对于拱桥的设计具有十分重要的意义,理想线弹性结构的理论屈服强度通常采用特征值屈曲分析法得到,但结构材料非线性和几何非线性却使得结构通常无法达到其理论强度极值。利用大型有限元软件ANSYS,同时采用3种分析极限承载力的方法(特征值屈曲法、几何非线性法与同时考虑几何非线性和材料非线性法),对宁波城庄大桥主跨部分进行极限承载力计算分析。分析结果表明,在计算桁式拱桥极限承载力时考虑双重非线性方法求解极限承载力得出的结果比线性方法更符合实际的工程情况。     

碳纳米管增强水泥基复合材料的 二维代表单元研究

为了从细微观尺度上研究碳纳米管-水泥基复合材料的损伤破坏过程和破坏机理,从碳纳米管-水泥基复合材料中选取尺寸为100μm×100μm的代表单元,建立二维代表单元的细微观层次的数值模型。以势能原理的基面力元法为理论基础,对代表单元进行数值模拟,探究在单轴受压状态下碳纳米管-水泥基复合材料的力学性能变化,并绘制破坏裂纹的发展过程图和最大主应力分布变化过程图。结果表明,该代表单元模型能够较真实地模拟复合材料在单轴压缩状态下的损伤破坏过程,通过数值模拟不同含量的复合材料代表单元模型,发现增强体的含量影响着复合材料的强度及韧性,选择合适的含量范围有利于提升材料的力学性能。通过数值模拟的方法分析碳纳米管增强水泥基复合材料的作用机理,拓展了基面力元法的应用范围,节约了计算资源,其结果丰富了碳纳米管-水泥基复合材料力学性能的研究,可为相关工程应用及基础研究提供参考。     

基于界面等效模型的再生混凝土基面力元分析

从细观角度分析再生混凝土的力学特性,以往都是将再生混凝土视为由骨料、新砂浆、新界面、老砂浆、老界面五相介质组成的复合材料来分析,为了简化这种常规五相再生混凝土模型,提出了基于界面等效模型的再生混凝土基面力元分析方法。首先运用三相球理论模型将再生混凝土中的老砂浆、新界面、老界面三相介质等效成一种介质,得到三相介质的再生混凝土界面等效模型;然后利用势能原理的基面力元法编制出损伤基面力元程序,对不同尺寸的再生混凝土试块进行单轴拉伸试验模拟。给出了应力-应变曲线及破坏过程图,并与普通五相模型进行了对比,两种曲线基本吻合。因此,等效模型可以代替普通五相模型,从而简化多相再生混凝土的损伤分析,提高模拟效率。     

膜式空气弹簧弹性气囊性能探讨

对影响膜式空气弹簧固有频率的结构与材料性能进行分析,依据分析研究得到的改进措施进行初步实验。初步实验与研究表明:采用弹性袖筒与弹性橡胶气囊组成弹性气囊,采用几何方式限制弹性气囊变形,可以大幅度降低膜式空气弹簧固有频率。在此基础上,对这种弹性气囊的非线性变形与阻尼比等性能与压力关系进行分析研究。依据分析研究结果和实验数据,得出计算这种低频空气弹簧固有频率与阻尼比的计算公式。     

关于桥梁无缝线路纵向附加力计算方法的研究创新

随着我国铁路客运和高速铁路的兴建,有线提速和城市轨道的发展,区间和跨区无缝线路已经成为轨道结构的主要形式。桥上无缝线路梁轨相互作用是轨道工程的关键技术。本文以梁轨相互作用原理为基础,建立了纵向附加力计算有限元模型,并与纵向附加力微分方程求解法、广义变分原理以及有限单元法计算进行结果比较,表明采用的有限元计算是合理的。     

基于挠度控制的提纯塔集液盘的结构设计

文章以某多晶硅生产公司直径为2600mm的提纯塔集液盘的改造为背景,应用ANSYS Workbench软件建立了三种不同结构形式的集液盘挠度的计算模型,并根据模型计算结果,从对集液盘挠度进行控制的角度出发,对三种不同结构形式的集液盘的挠度进行了比较和分析。最后,借鉴塔盘挠度控制的相关要求,以比较分析后的结果作为理论依据,辅助完成对集液盘结构改造方案的优选。     

弹性动力时程分析中地震波的选取方法研究

对建筑结构进行弹性动力时程分析时,为了既能让设计人员易于操作,又能在地震波选取方面不失合理性,根据上海市某超限高层结构设计实例的弹性动力时程分析结果,探讨了具有实际工程意义的选波方法。研究表明,无论是基底剪力还是基底弯矩,地震波三向输入的结构响应均比单向输入的结构响应小。采用小样本容量的地震波输入时,人工波输入数量的增加对降低地震波的总体离散性有显著作用。     

连接套动力管钳执行机构设计与性能分析

针对建筑施工中钢筋螺纹连接出现的漏拧或拧紧力矩不准、丝扣松动等现象,研发恒扭矩自动连接钢筋和连接套的动力管钳,并对关键执行机构进行性能分析。利用三维软件UG构建执行机构中开口齿轮、螺旋升角坡轨、腭板和腭板架等零件的三维数字模型;利用ANSYS Workbench软件求解出零件模型在模拟工况下承受极限力时的应力云图和变形云图,并根据计算结果完成关键部件的结构优化,为后续样机的试制提供重要的数据支持。     

静不定拱在静载荷作用下拱轴轴向缩短的探讨

本文以“静不定拱在静载荷作用下,拱轴轴向缩短时,沿拱跨方向的相对线变位应等于零”为依据,运用弹性中心法详尽地分析论证了静不定拱在静载荷作用下拱轴轴向缩短对内力的影响。并由此得出了:考虑静不定拱在静载荷作用下拱轴轴向缩短对内力的影响时,唯一正确的公式。     

关于切削温度理论计算公式的探讨

本文综合应用金属切削变形、材料塑性变形等理论和热传导及能量转换原理,分别推导出了剪切温度、摩擦温度以及切削温度的理论计算公式。此公式可方便有效地、正确地分析影响切削温度的因素及其规律,对分析和解决切削过程中出现的现象和问题具有一定的指导意义。     

基于结构/控制耦合的动能拦截器捷联结构设计

在直接脉冲控制力的激励下,动能拦截器弹体结构动力学响应引起的捷联寻的器和捷联惯组处的振动,在敏感元件测量值中引入了动态弹性干扰量,进而引起大的脱靶量。提出了一种基于结构与控制耦合分析的捷联结构设计,利用Matlab/Simulink软件建立动能拦截器真比例导引控制模型,利用Ansys软件建立拦截器的有限元模型,对寻的器与惯导在不同的捷联方式和不同捷联刚度情况下进行控制与结构的联合仿真。仿真结果表明,增大接连刚度,降低两敏感元件的捷联安装的异面程度,让两者相邻布局,一定条件下可以解决弹性振动引起的脱靶问题。     

一种新型空气动压轴承结构设计计算

本文首次提出了一种新型的采用预变形多楔弹性阻尼支承的空气动压轴承,其特点在于对轴承预变形进行了分析计算,从设计上保证了装配精度,并研制出该种轴的结构设计交互式计算机软件。