缆索吊装系统有限元分析中的滑轮单元

为精确模拟结构中的滑轮，建立了滑轮支承一段索的单元，它考虑了滑轮的半径. 该``滑轮单元'的中间节点在滑轮的中心，另两个节点为索段位于滑轮两侧的端点. 新单元通过自动调整索在滑轮两侧的长度，使单元达到平衡状态. 单元算法的推导基于有限元分析的基本原理，并利用了处于平衡状态时单元内力之间的关系. 介绍新单元的推导过程，算例验证了它的正确性，并显示了其在含有滑轮索结构有限元分析中的高效性和方便性.     

索托桥结构分析的滑移索单元法

为在索托桥的结构分析中精确模拟连续长索的滑动,本文创建了一种新的单元。被称为“滑移索单元”的新单元有三个节点,以点接触的形式模拟索从下方绕过滑轮,它可以通过自动调整两侧索段的长度而使单元处于平衡状态,从而简化了计算。新单元算法的推导基于有限元分析的基本原理和弹性悬链线的解析解,并利用了平衡状态时单元内力之间的关系。本文介绍滑移索单元的推导过程,用设计的算例验证了它的正确性,分析了连续长索的滑移对索托桥桥面竖向变形的影响。新单元可以直接用于常规的有限元分析中,研究处于工作状态或在施工中的索结构。     

悬索桥结构分析中的索-鞍座单元

为在悬索桥结构的有限元分析中真实、简洁、高效地模拟索鞍,本文建立了一类新的单元。新单元包括索段的一端固定在与其接触部分为单一半径圆弧的索鞍上,另一端分别位于索鞍两侧的两节点“左索-鞍座单元”和“右索-鞍座单元”,以及索段两端点分别位于索鞍两侧,中间一点固定于鞍座上的三节点“索-鞍座单元”,后者的鞍槽可为两不同半径圆弧的组合。根据要求的成桥状态几何参数确定结构的无应力状态时,可利用前二者进行悬索桥的单跨分析。新单元通过自动调整索与鞍座的脱离点而处于平衡状态,从而简化了计算。单元算法的推导基于有限元分析的基本原理和弹性悬链线的精确解,并利用了处于平衡状态时索与鞍座之间的内力关系。新单元可象常规单元一样直接用于成桥状态或施工过程中悬索桥结构的有限元分析。设计的算例验证了新单元的正确性,并举例说明了新单元在悬索桥结构分析中的应用。     

预应力钢桁架结构分析中的摩擦滑移索单元

为精确模拟预应力钢桁架中连续长索在支撑点的滑动,本文创建了一种考虑摩擦力影响的新单元。被称为摩擦滑移索单元的新单元有三个节点,中间节点为支撑点。本文首先利用弹性悬链线的解析解,建立了弹性悬链线单元,并推导了单元两端点的张拉刚度。摩擦滑移索单元由两个弹性悬链线单元组合而成,根据支撑点处索的滑动方向、索力差、滑动摩擦力和滑移刚度调整两索段的原长,使支撑点两侧的索力满足给定的摩擦关系。算例验证了新单元算法的正确性和高效性,对设计的预应力钢桁架的分析,显示了张拉过程中及使用荷载作用下新单元在结构分析中的应用。新单元可直接用于常规的有限元分析,研究在工作状态或施工中存在连续长索滑移的索结构。     

滑轮绳索系统中动态节点绳索单元

解除了传统有限元方法中单元节点与物质点固结的假设, 建立了空间点的速度和加速度与相应物质点的速度和加速度之间的数学关系, 强调了虚功率原理中出现的速度和加速度皆为物质速度和物质加速度. 在此基础上构造了单元节点既不与空间坐标固定也不与物质坐标固定的动态节点绳索单元. 根据滑轮绳索系统的特点, 选取绳索出入绳点的弧长坐标、出入绳角、面外摆角以及拉伸应变等空间参数描述了滑轮绳索系统的运动. 将绳索与滑轮以及绳索与卷筒之间的相互作用合理简化为物质速度间的约束条件, 避免了传统方法中接触力计算不收敛、效率低等缺点. 所提方法可精细求解绳索与滑轮间接触边界点位置和卷筒入绳点在卷筒上的运动、滑轮的中心和其连体基的运动、绳索出入滑轮和卷筒时空间方位的变化以及绳索上任意点的拉力变化等细节. 可为含绳索机械系统的力学分析提供新的理论基础. 所用的解除单元节点与物质点绑定的理论具有一定的普适性, 可为有限元方法的理论和应用提供参考.      

滑轮绳索系统中动态节点绳索单元

解除了传统有限元方法中单元节点与物质点固结的假设,建立了空间点的速度和加速度与相应物质点的速度和加速度之间的数学关系,强调了虚功率原理中出现的速度和加速度皆为物质速度和物质加速度.在此基础上构造了单元节点既不与空间坐标固定也不与物质坐标固定的动态节点绳索单元.根据滑轮绳索系统的特点,选取绳索出入绳点的弧长坐标、出入绳角、面外摆角以及拉伸应变等空间参数描述了滑轮绳索系统的运动.将绳索与滑轮以及绳索与卷筒之间的相互作用合理简化为物质速度间的约束条件,避免了传统方法中接触力计算不收敛、效率低等缺点.所提方法可精细求解绳索与滑轮间接触边界点位置和卷筒入绳点在卷筒上的运动、滑轮的中心和其连体基的运动、绳索出入滑轮和卷筒时空间方位的变化以及绳索上任意点的拉力变化等细节.可为含绳索机械系统的力学分析提供新的理论基础.所用的解除单元节点与物质点绑定的理论具有一定的普适性,可为有限元方法的理论和应用提供参考.     

一种连续索滑移的处理方法

目的是建立一种快速简便的拉索滑移问题的有限元计算方法。采用基于弹性悬链线精确解的两节点悬链线单元模拟索结构中的拉索，利用求解非线性方程组的延拓法，再配以常用的牛顿法，建立了快速的给定索原长情况下的拉索刚度计算方法。此法对于一般的给定初值，能很快逼近真实解，从而扩大了解的收敛范围，更重要的是与牛顿法相比更加高效。进而采用二分法建立了索结构中拉索滑移问题处理的算法，编制了相应的程序段，并通过算例证明了其正确性。本文的拉索滑移处理方法可用于索结构的设计与施工。     

重分析边界处理与广义主从控制关系

本文讨论了在结构重分析中局部网格细分时，修改区域与未修改区域交界处的位移连续性问题，文中提出了广义主从控制的概念，把边界上的新增节点作为从节点，同时受多点控制，保证了结构的连续性，并对有限元结构中的常见单元给出了边界的位移控制关系，而且此关系已应用于ＤＤＪ程序系统，实现了算法及程序设计。     

有限元模型中等值面的快速体绘制算法

本文提出了一种基于光线投射技术显示有限元模型中的等值面的体绘制新算法,通过预处理中生成的特殊结构,可在等值面生成时快速排除模型中不包含等值面的单元。在应用体绘制时采用了图象平面分割技术及光线路径的特殊颜色合成方法,加速了有限元模型中的等值面的绘制。实例表明算法结果正确有效。     

重分析边界处理与广义主从控制关系

本文讨论了在结构重分析中局部网格细分时，修改区域与未修改区域交界处的位移连续性问题．文中提出了广义主从控制的概念，把边界上的新增节点作为从节点，同时受多点控制，保证了结构的连续性，并对有限元结构中的常见单元给出了边界的位移控制关系，而且此关系已应用于DDJ程序系统，实现了算法及程序设计．     

悬索结构非线性分析的滑移索单元法

本文提出了一种悬索结构存在在滑移单元时的非线性计算方法,利用文献（１）提出的五节点曲线索单元有限元基本方程,建立了滑移单元非线性分析的计算理论、方法及公式,并进行了实例计算,结果表明,本文方法是行之有效的,可供悬索结构设计、施工时参考。     

Super element approach to cable passing through multiple pulleys

A parametric super element model for cable passing through multiple pulleys is presented in this study for the static analysis of structures. The amounts of cable passages over pulleys are introduced as additional degrees-of-freedoms in the finite element model and the relationship between cable tensions at the two sides of each pulley is imposed based on the friction law or empirical data. The proposed finite element model is firstly verified by a simple pulley cable system and then applied to the analysis of real complex engineering structures. The verification results satisfy the static equilibrium and deformation compatibility conditions of the structural system and basic engineering principles. With the application of the proposed super element model, the global deformation and stress distribution for structures with multiple-pulley cable systems can be effectively and accurately computed. Numerical results for structural analysis show that the effect of friction of pulleys on the cable tensions is significant and the friction-free and fixed models both give unrealistic and incorrect results in cable tensions in some cases.     

Efficient modeling of cable-pulley system with friction based on arbitrary-Lagrangian-Eulerian approach

In conventional modeling of a cable-pulley system, the cable must be finely meshed with Lagrangian elements for valid contact detections with pulleys, leading to extremely low efficiency. The sliding joint method based on the arbitrary-LagrangianEulerian(ALE) formulation still lacks an efficient cable element, and in particular, modeling of friction between a sliding joint and the cable has not been studied. This paper presents efficient multi-body modeling of a cable-pulley system with friction. A variablelength cable element with a node movable along the cable, which is described with ALE,is developed to mesh the cable. A transitional cable element is then proposed to model the contact part of the cable by fixing its two nodes to the two corresponding locations of the pulley. Friction of the cable-pulley is derived as a simple law of tension decay and embedded in the multi-body system modeling. It is simplified as a generalized friction force acting only on the arc-length coordinate. This approach can use a rough mesh on the cable, and is free of contact detections, thus significantly saving computation time.Several examples are presented to validate the proposed method, and show its effectiveness in real engineering applications.     

基于欧拉描述的两节点索单元非线性有限元法

本文针对柔性悬索结构几何非线性分析的特点,提出了一种用欧拉描述来表示的两节点索单元非线性有限元模型,在索元变形后的位置上由虚功能建立了非线有限元基本方程及切线刚度矩阵。这样建立的非线性有限元分析方法可充分考虑拉索的几何非线性特性的影响并给悬索结构的初始平衡分析带来方便,算例结果表明,本文方法是精确有效的。     

Finite element analysis of V-ribbed belts using neural network based hyperelastic material model

A three-dimensional finite element model was built to study V-ribbed belt pulley contact mechanics. The model consists of a pulley and a segment of V-ribbed belt in contact with the pulley. A material model for the belt, including the rubber compound and the reinforcing cord is developed. Rubber is modeled as hyperelastic material. The hyperelastic strain energy function is approximated by neural network trained by rubber test data. Reinforcing cord is modeled as elastic rebar. The material model developed is implemented in the commercial finite element code ABAQUS to simulate the V-ribbed belt-pulley system. A study is then conducted to investigate the effect of belt pulley system parameters on the contact mechanics. The effects of temperature and aging on belt materials are also investigated. The information gained from the analysis can be applied to optimize V-ribbed belt and pulley design.     

基于动力松弛法的松弛索杆体系找形分析

索杆张力结构施工成形分析需要解决一个松弛态索杆系统的平衡形态求解问题,该问题可归结为一个给定构件原长的受荷索杆机构系统的找形问题。文中利用动力松弛法进行该类松弛索杆体系的找形分析。由于不建立刚度矩阵,避免了体系几何不稳定性所引起的刚度矩阵奇异问题。该方法采用悬链线索单元模型,可以考虑索大垂度效应。文中还推导了反映索原长和内力之间关系的悬链线索单元协调方程。通过一个正交松弛索网算例分析,考察了该找形方法的计算精度和收敛性。最后还模拟了一个索穹顶的施工成形过程,表明了该找形方法用于索杆张力结构施工成形分析的有效性。