变截面悬链线无铰拱应变影响线的解析解

针对变截面悬链线无铰拱应变影响线尚无解析解的现状,通过弹性中心法对其力法方程进行简化,利用Ritter截面变化规律简化变截面悬链线无铰拱的曲线积分,从而推导出变截面悬链线无铰拱应变影响线的闭合解表达式,再将解析结果与有限元分析结果进行对比研究,并对轴力参数展开对比分析。研究结果表明,本文推导得到变截面悬链线无铰拱应变影响线的解析解,数值解析解同有限元结果间最大相对误差小于2%,其轴力影响随矢跨比和测点位置变化而变化,本文公式具有较高的工程精度和计算分析参考价值。     

一种抛物线浅拱线性单元

为研究抛物线浅拱在复杂受力状态下的线性内力及位移,考虑拱的压弯耦合作用,基于力法和浅拱假定,对抛物线拱平衡方程、几何方程和物理方程进行了分析;求得了抛物线拱内力方程通解格式,构建了抛物线浅拱位移形函数。利用最小势能原理,构造了抛物线浅拱单元。算例表明,本文构造的抛物线浅拱单元计算的抛物线拱内力与理论解计算结果符合较好,在划分一个单元时最大相对误差仅为4.03%,可用于抛物线拱分析。     

压弯钢管拱极限承载力计算的等效梁柱法

对抛物线完善的和具有初始几何缺陷的钢管拱,应用双重非线性有限元方法,分析了其在拱顶集中力和非对称分布荷载作用下的失稳特性,提出了以GB50017-2003的轴力-弯矩相关方程为基本计算公式、采用考虑矢跨比因素的稳定系数和缺陷折减系数的等效梁柱法,与双重非线性有限元计算结果比较表明,这种等效梁柱法可方便且较精确地计算抛物线压弯钢管拱的极限承载力.     

三维Cosserat连续体模型与微结构尺寸相关效应的有限元分析

分析了三维Cosserat连续体理论中的应力应变特征,推导了三维Cosserat连续体的有限元方程,基于ABAQUS计算软件提供的用户单元子程序(UEL)接口编写了弹性Cosserat连续体三维20节点有限元程序,并分析了微悬臂梁自由端的挠度问题和微杆扭转问题。通过与基于经典连续体理论的解析解及有限元数值计算结果进行比较,表明所发展的三维Cosserat连续体有限元能有效地模拟微结构尺寸相关效应问题,即随着微结构尺寸与材料内部长度参数的接近,基于Cosserat连续体有限元分析得到的微梁的挠度以及微杆的转角与经典连续体的解析解及有限元解相比越来越小;反之,Cosserat连续体有限元的计算结果与经典连续体的解析解及有限元数值解较为一致。     

细长柔韧压杆弹性失稳后挠曲线形状的计算机仿真

采用Maple编程对细长柔韧压杆弹性失稳后挠曲线形状进行了计算机仿真,进行了细长柔韧压杆弹性失稳后最大挠度和挠曲线封闭两种情况下的挠曲线形状仿真和详细的解答.分析计算了失稳后屈曲的力学特征,给出了解析表达式;分析计算了失稳后屈曲的平衡状态曲线的几何特征,绘出了计算机仿真曲线.结果表明:失稳后最大挠度和挠曲线封闭是属于两个完全不同的屈曲状态.     

纯压钢管拱稳定临界荷载计算的等效柱法

以均布荷载下的抛物线钢管拱为研究对象,在考虑双重非线性的有限元分析基础上,讨论了完善拱和有初始几何缺陷的拱的弹性失稳和弹塑性失稳的特性,提出纯压钢管拱稳定临界荷载计算的等效柱法.分析结果表明,矢跨比是计算拱临界荷载的重要影响因素,而现有等效柱法中没有考虑这一因素的影响,为此,提出等效柱的稳定系数中考虑矢跨比影响的计算方法.有初始几何缺陷的拱将发生极值点失稳,且极值点荷载要小于分支屈曲临界荷载,为此提出缺陷拱等效柱法考虑缺陷影响的计算方法.给出了钢管拱失稳临界荷载等效柱法计算的相应公式和实用表格.与双重非线性有限元计算结果对比表明,提出的等效柱法能方便且较精确地估算钢管拱的非线性临界荷载.     

计算机绘制无铰拱影响线的解析法

提出了用Maple编程绘制无铰拱影响线的解析法.绘制了抛物线无铰拱在单位竖向移动载荷作用下,3个多余未知力的影响线；指定截面上的弯矩,剪力和轴力的影响线；支座水平约束力,垂直约束力及约束力矩的影响线.实例表明,利用Maple强大的符号运算功能,使用解析法绘制无铰拱影响线,速度快,方法简单,能同时给出影响线的解析表达式.     

集中载荷作用下圆拱梁的静分叉问题

采用有限元法中的伪弧长算法研究了集中载荷作用下圆拱的大范围非线性问题,给出了临界载荷与圆心角间的关系曲缄以及极值分叉与简单分叉的分界点,并对屈曲后的变形进行了追踪,文中首先简述伪弧长算法,然后给出了计算结果。     

冰载荷下不锈钢复合板挠度特性分析

以复合板中面的挠度响应作为不锈钢复合板抗冲击性能的评价指标,基于能量法和经典层合板理论,考虑层间结构参数设计,通过横向载荷下的弯曲平衡微分方程,建立冰载荷下不锈钢复合板挠度响应简化解析模型。该分析模型将整个动态响应分析过程分为冰载荷计算分析和动力学方程求解两个阶段。分析了冰载荷模型的面倾角、冲击速度和碰撞位置对冰载荷的影响,确定极端工况参数,汇总接触面的节点力数据;分析了层厚比对挠度响应的影响规律;基于LS-DYNA有限元仿真以及数值算例分析,对比挠度响应仿真结果和解析计算值,验证了本文简化解析模型的准确性,研究结果对不锈钢复合板抗冲击性能分析和评估具有一定的参考价值。     

含裂纹薄壁圆柱壳弹塑性失稳极限荷载的解析解

为了得到含环向裂纹压弯薄壁圆柱壳失稳的极限荷载,基于Je?ek解析法,先利用裂纹面的平衡方程、变形几何关系和物理方程,得到在压弯荷载作用下圆柱壳轴力与裂纹面挠度的关系式;再利用极值条件,推导出在轴压和弯矩共同作用下含裂纹薄壁圆柱壳失稳时极限荷载的解析表达式。利用数值计算分析裂纹长度、长细比以及端部施加弯矩对圆柱壳极限荷载、弹性区高度和圆柱壳裂纹截面处挠度的影响,通过有限元数值结果验证极限荷载解析解的准确性。计算结果表明:与无裂纹完善构件相比,弯矩对含裂纹圆柱壳的极限荷载Pu的影响最为显著,其降低幅值可达3.78%～23.18%;弯矩的增加也会导致构件弹性区高度逐渐减小,裂纹面处的挠度呈非线性增长。本文研究弥补了目前该类问题缺乏理论解析解的不足。     

DEFLECTION OF FOUR TYPES OF CANTILEVER BEAMS WITH VARIABLE CROSS SECTION UNDER LATERAL TRIANGULAR DISTRIBUTED LOADS1)

研究了圆柱、圆锥、抛物型和双曲型回转变截面悬臂梁在侧向三角形分布载荷下的挠度。基于四类回转悬臂梁的惯性矩沿长度方向的分布规律,得到其任意侧向分布载荷下的挠曲线方程。基于三角形分布载荷下的挠曲线方程,得到其端部挠度值。在等长度和等体积假设下,通过比较端部挠度值找到四类悬臂梁中挠度最小者。研究表明三角形分布载荷下,特征参数在特定范围内,母线为双曲线的悬臂梁挠度最小。     

设置反拱加固的拱结构力学性能研究

提出了一种设置反拱结构的拱桥加固方法,该方法是通过在主拱圈拱肋下方设置反拱,在反拱和拱肋之间用竖杆相连,并通过抗弯预埋件和抗剪锚栓把反拱的拱脚和拱肋连接,使反拱结构和原主拱圈共同形成结构受力体系。本文基于有限元参数分析方法,通过设置6个不同参数:拱的矢高f1、拱的拱轴系数m1、反拱的矢高f2、反拱的拱轴系数m2、反拱与待加固拱的等效半径比i、反拱纵向长度与待加固拱的总跨径的比值Kr,以考虑不同拱桥、反拱结构参数对原拱桥关键截面内力、跨中挠度及整体屈曲系数的影响。基于大量计算数据的参数拟合,分别获得跨中弯矩、跨中挠度、拱脚弯矩、拱脚推力、整体屈曲系数的拟合表达式。通过对拟合数据的分析,获得了反拱加固的拱桥结构力学特性的相关变化规律。最后对一个100m跨径拱桥进行加固计算分析,结果表明:本文提出的加固方法不但可以显著提高待加固桥梁的整体刚度与稳定性,而且可有效地降低主拱关键截面的内力。     

均布力偶作用下细长梁力学分析

通过铁木辛柯梁理论分析了反向均布表面剪应力-等效均匀分布力偶作用下的等截面均质细长梁挠度和应力分布规律,并与有限元法的计算结果对比发现:当边界条件中剪力不为零时,弯曲挠度和正应力分析必须考虑剪力的影响,即Euler梁理论不能满足分析的要求;若存在剪力为零边界时,可使用Euler梁分析弯曲挠度和正应力;剪应力分布和通常规...     

Analysis and simulation for tensile behavior of anisotropic open-cell elastic foams

Based on the elongated Kelvin obtained to investigate the tensile behavior Kelvin model＇s periodicity and symmetry in model, a simplified periodic structural cell is of anisotropic open-cell elastic foams due to the whole space. The half-strut element and elastic deflection theory are used to analyze the tensile response as done in the previous studies. This study produces theoretical expressions for the tensile stress-strain curve in the rise and transverse directions. In addition, the theoretical results are examined with finite element simulation using an existing formula. The results indicate that the theoretical analysis agrees with the finite element simulation when the strain is not too high, and the present model is better. At the same time, the anisotropy ratio has a significant effect on the mechanical properties of foams. As the anisotropy ratio increases, the tensile stress is improved in the rising direction but drops in the transverse direction under the same strain.     

Analytical solutions for adhesive composite joints considering large deflection and transverse shear deformation in adherends

This paper presents a novel formulation and analytical solutions for adhesively bonded composite single lap joints by taking into account the transverse shear deformation and large deflection in adherends. On the basis of geometrically nonlinear analysis for infinitesimal elements of adherends and adhesive, the equilibrium equations of adherends are formulated. By using the Timoshenko beam theory, the governing differential equations are expressed in terms of the adherend displacements and then analytically solved for the force boundary conditions prescribed at both overlap ends. The obtained solutions are applied to single lap joints, whose adherends can be isotropic adherends or composite laminates with symmetrical lay-ups. A new formula for adhesive peel stress is obtained, and it can accurately predict peel stress in the bondline. The closed-form analytical solutions are then simplified for the purpose of practical applications, and a new simple expression for the edge moment factor is developed. The numerical results predicted by the present full and simplified solutions are compared with those calculated by geometrically nonlinear finite element analysis using MSC/NASTRAN. The agreement noted validates the present novel formulation and solutions for adhesively bonded composite joints. The simplified shear and peel stresses at the overlap ends are used to derive energy release rates. The present predictions for the failure load of single lap joints are compared with those available in the literature.     

Iterative method for large deflection nonlinear problem of laminated composite shallow shells and plates

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｍｏｄｅｒｎｅｎｇｉｎｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｓｂｅｎｈｉｇｈｌｙａｄｖａｎｃｅｄ,ｉ...     

In-plane buckling of prismatic funicular arches with shear deformations

The in-plane buckling behavior of funicular arches is investigated numerically in this paper. A finite strain Timoshenko beam-type formulation that incorporates shear deformations is developed for generic funicular arches. The elastic constitutive relationships for the internal beam actions are based on a hyperelastic constitutive model, and the funicular arch equilibrium equations are derived. The problems of a submerged arch under hydrostatic pressure, a parabolic arch under gravity load and a catenary arch loaded by overburden are investigated. Buckling solutions are derived for the parabolic and catenary arch. Subsequent investigation addresses the effects of axial deformation prior to buckling and shear deformation during buckling. An approximate buckling solution is then obtained based on the maximum axial force in the arch. The obtained buckling solutions are compared with the numerical solutions of Dinnik (Stability of arches, 1946) [1] and the finite element package ANSYS. The effects of shear deformation are also evaluated.     

随机有限元方法在断裂分析中的应用

在幂律非线性随机有限元基础上,以单边裂纹板为例给出计算含量钢继裂参数,J（J积分）,δ（裂纹张开位移）,Δ（由裂纹引起的裂纹板上下底面相对位移）,θ（由裂纹引起的裂纹板上下底在相对转角）及其对基本随机变量变化率的方法和分析算例。     

减振装置环形阀片局部变载的变形研究

提出了减振器环形节流阀片受局部变载荷作用时挠曲变形量的一种研究方法.根据节流阀片物理模型以及薄板力学的相关理论,推导阀片受局部变载荷作用时挠曲变形量的解析式.与有限元计算结果对比验证了公式以及推导过程的正确性,研究了不同载荷、载荷作用半径以及节流阀片相关结构参数和材料特性对其任意半径处变形量的影响规律.得出的解析式和结论为减振装置阻尼阀的精确设计提供了依据.