回传波矩阵法在杆系结构静力分析中的应用

回传波矩阵法最初是由Pao等人分析二维框架结构动力响应时提出的。对于三维杆系结构的静力分析，为了确定结构的位移和内力，先要建立传递分配矩阵和载荷源向量，这可通过列出所有节点的静力平衡方程和位移协调方程来实现。同时，通过分析每根杆近端位移和远端位移的关系，建立结构的回传波矩阵（重分配矩阵）。在此基础上求解线性方程组，就可以得到结构的位移和内力。本文推导了空间杆系结构的有关矩阵方程式，并给出了一固定梁的两端弯矩求解算例。     

传递矩阵法在材料力学中的应用

将传递矩阵法应用于材力中的梁、轴问题，优点是能同时求出内力和变形，无需区分静定与静不定问题，易于计算机计算     

具有任意截面形状的各向异性平面杆系结构静力分析的回传波射矩阵法

基于Timoshenko梁静力理论和各向异性材料的本构关系,对于一般截面形状的杆系结构,推导了杆端内力与杆端位移之间的关系,并给出了作用于杆件上的荷载转化为等效节点荷载的方法.以混合节点为例,根据结构节点的力平衡和位移协调条件,推导了常见形式节点的传递分配矩阵和载荷源向量,进而得到结构的回传波射矩阵列式,求解以杆端位移为基本未知量的矩阵方程,给出了杆端位移和内力的计算公式.文中给出了算例分析.与有限元法数值结果的比较表明,回传波射矩阵法用于分析各向异性材料平面杆系结构的静力问题是有效和精确的.     

带有全铰节点的三维杆系结构静力分析的回传波射矩阵法研究

推导出含有全铰节点的三维杆系结构的回传波射矩阵表达式,完善了具有任意连接和约束的空间杆系结构静力分析的回传波矩阵法.基于节点平衡方程和协调方程,推导出表达杆件近端位移和远端位移关系的传递分配矩阵及载荷源向量,并通过由对偶坐标系下近端位移和远端位移的关系获得结构的总体相位矩阵,再引入转列矩阵,进而推导出结构的回传波射矩阵,在此基础上求解以杆端位移为基本未知量的线性方程组,最终得到精确确定所有杆件的杆端位移及杆端内力的矩阵列式.给出了空间杆系结构算例分析,与有限元结果比较,验证了回传波射矩阵法的计算精度.     

拱桥悬臂施工过程中面内特征值的传递矩阵法

采用传递矩阵法对拱桥悬臂施工过程中的面内特征值问题进行求解,建立了该类桥型施工过程中面内竖弯刚度的评估方法.首先,将索和拱分别视为无垂度的张紧弦和欧拉伯努利梁,基于传递矩阵法基本理论推导了系统的总传递矩阵,考虑拱和索的边界条件以及索拱节点的位移连续性条件得到系统的特征值方程,进而计算出系统的频率和模态.同时,采用有限元...     

葵花型索穹顶结构等效平面桁架静力计算方法

选取n次轴对称葵花型索穹顶结构的1/n,将空间轴对称结构等效为一次超静定平面桁架结构.给出了葵花型索穹顶结构撑杆不在同一径向上的内力和位移处理方法,推导了力法求解约束力的计算公式,提出了小变形时各点位移计算的位移传递矩阵和计算公式.最后,通过一个算例介绍了该方法的计算过程并与有限元计算结果进行了比较,内力和位移误差均在工程设计要求内,验证了方法的正确性和准确性.     

曲线桥分析的精细传递矩阵法

将精细积分与传递矩阵法相结合,提出一种新的精细传递矩阵格式,应用于曲线桥的分析中。与传统的传递矩阵法相比,无需对微分方程组进行求解,只需迭代即可得到所需要的传递矩阵。根据边界条件,得到结构的内力及变形。算例表明,该方法正确有效。     

钢筋混凝土斜交刚构连续梁桥的实验与数值分析

本文利用三维光弹性法和ANSYS软件分析了铁路斜交刚构连续梁桥在一期、二期自重载荷和两种不同工作载荷下的梁体应力分布，数值研究中分别针对实验模型和建筑实物建立计算模型，并将计算结果与实验结果进行了比较，结果表明，桥梁的应力分布呈明显的不对称特征，有其自身的独到之处。     

扁壳离散分析中的混合变分原理及其应用——一个杂交型12自由度曲壳元

首先讨论壳体离散分析中的混合变分原理,进而构造一扁壳有限元杂交模式.该模式具有常内力场和线性位移分布,几何特性为二次曲面元.所得单元矩阵正定、低阶,避免了通常混合法中出现非正定矩阵的疑难.文中讨论并给出了壳体杂交模式正定性的充要条件.文末的三个算例表明,无论对于内力或是位移,该模式均给出满意的结果.     

关于位移法计算有侧移斜梁的研究

针对用位移法计算有侧移斜梁时遇到的几个问题进行了研究，利用运动学原理对斜 梁位移进行分析，采用力法对几种常见载荷作用下的斜梁进行理论推导，得到了几 个重要结论: 一是斜梁的侧移计算公式，二是一端固定、一端定向支承(支杆与斜梁斜交时)的有侧移单 跨斜梁的转角位移方程、固端弯矩分别与两端固定支承的水平梁的相同，所以计算此类斜梁 时可以按两端固定支承的单跨水平梁处理.     

杆件去除与内力变更时空间网架结构的简捷计算法

本文采用矩阵位移法,引入初内力的概念,提出并建立了初内力准方程式,再运用性叠加原理来简化分析计算杆件去除与内力变更时的空间时的空间网架结构。这种简捷计算法的所讨论的工况下只要一次性的建立、分解和应用网架结构的总刚度矩阵,无须重复多次建立和分解总刚度矩阵,从而使会计工作量成倍地甚至几十倍地大幅度减少。特别是当网架结构多根杆、依次先后断杆、预应力及分期分批施加预应力时,采用本文方法可更方便地求得各工况     

结构杆件撤除后简化分析一般方法

本文提出结构杆件撤除后简化分析的一般方法,视杆件撤除后新结构的解为原结构的解与原结构上加以关联荷载解的叠加,利用原结构的解及总体刚度矩阵的逆矩陈求解新结构,无需进行结构重分析,使计算量大大减小,文中基于有限元法导出求关联荷载的一般算式。该法适用于空间网格结构和刚架结构一根杆件撤除问题,也适用于多根杆件同时撤除问题。     

Dynamic finite element with diagonalized consistent mass matrix and elastic-plastic impact calculation

There are some common difficulties encountered in elastic-plastic impact codes such as EPIC^[1,2], NONSAP^[3] etc. Most of these codes use the simple linear functions usually taken from static problems to represent the displacement components. In such finite element formulation, the strain and stress components are constants in every element. In the equations of motion, the stress components in general appear in the form of their space derivatives. Thus, if we use such form functions to represent the displacement components, the effect of internal stresses to the equations of motion vanishes identically. The usual practice to overcome such difficulties is to establish as self-equilibrium system of internal forces acting on various nodal points by means of transforming equations of motion into variational form of energy relation through the application of virtual displacement principle. The nodal acceleration is then calculated from the total force acting on this node from all the neighbouring elements. The transformation of virtual displacement principle into the variational energy form is performed on the bases of continuity conditions of stress and displacement throughout the integrated space. That is to say, on the interface boundary of finite element, the assumed displacement and stress functions should be conformed. However, it is easily seen that, for linear form function of finite element calculation, the displacement continues everywhere, but not the stress components. Thus, the convergence of such kind of finite element computation is open to question. This kind of treatment has never been justified even in approximation sense. Furthermore, the calculation of nodal points needs a rule to calculate the mass matrix. There are two ways to establish mass matrix, namely lumped mass method and consistent mass method [4]. The consistent mass matrix can be obtained naturally through finite element formulation, which is consistent to the assumed form functions. However, the resulting consistent mass matrix is not in diagonalized form, which is inconvenient for numerical computation. For most codes, the lumped mass matrix is used, and in this case, the element mass is distributed in certain assumed proportions to all the nodal points of this element. The lumped mass matrix is diagonalized with diagonal terms composed of the nodal mass. However, the lumped mass assumption has never been justified. All these difficulties are originated from the simple linear form functions usually used in static problems.In this paper, we introduce a new quadratic form function for elastic-plastic impact problems. This quadratic form function possesses diagonalized consistent mass matrix, and non-vanishing effect of internal stress to the equations of motion. Thus with this kind of dynamic finite element, all above-said difficulties can be eliminated.     

基于最优概率配点的向量型层递响应面法分析结构可靠度

概率配点的选取策略是响应面法研究的关键问题之一. 本文提出了配点矩阵行满秩原则,据此筛选层递响应面的最优概率配点. 首先利用结构总体刚度矩阵和荷载列阵定义预处理随机Krylov子空间,并利用该空间的层递基向量近似展开结构的总体节点位移向量,建立层递响应面表达式;然后利用层递基向量所对应的基本随机变量组合构造随机行向量,并形成配点矩阵,根据配点矩阵行满秩原则筛选确定层递响应面的最优概率配点,进而通过回归分析确定层递响应面的待定系数. 分析表明,层递响应面法具有良好的全域性且待定系数极少;基于配点矩阵行满秩原则筛选最优概率配点能够排除大部分作用不大的配点,大幅减少概率配点数目,与传统响应面法和随机响应面法相比,层递响应面法能够取得更好的计算效率和精度.     

波数-频率域内地基土表面位移Green函数的理论分析

建立了柱面坐标系下分层弹性半空间地基土模型。利用钟阳刚度矩阵法和Haskell-Thomson传递矩阵法推导出所有分层土体之间的振动传递关系;根据Helmholtz定理将土体的位移向量分解成势函数的形式,推导出弹性半空间表面应力与位移之间的关系;再将分层土体和半空间地基土通过位移与应力之间的关系进行耦合,得到分层弹性半空间地基土模型表面位移与应力之间的关系。结合单位脉冲荷载作用下地基土表面的边界条件,推导出波数-频率域内地基土表面位移Green函数的解析解,用Matlab程序语言对理论进行实现并通过算例对地基土表面位移Green函数的特征进行了分析和总结。     

空间刚架结构的广义逆力法

在结构计算中，根据算法中所采用的基本未知量的不同．结构分析方法可以分为力法、位移法和混合法。其中位移法由于适宜计算机处理而在结构计算领域得到了广泛的应用．经典力法相比之下应用就远不如位移法普遍，虽然力法本身在力学上有其独特的优势。广义逆矩阵做为一种较新的数学工具，自二十世纪五十年代诞生以来正日益表现出越来越旺盛的生命力。广义逆力法就是一种基于力法和广义逆矩阵理论的新的迭代算法。这种算法是一种完全适合计算机处理的力法方法。该算法的思路以及对于求解线弹性空间刚架结构问题的具体公式均在文中给出并给出了算例。从算例计算结果可以看到广义逆力法有着较好的计算效率和计算精度。该算法的提出为力法在计算机计算领域的应用开拓了新的发展空间。该算法在材料非线性问题和结构并行计算方面也有着较好的应用前景。     

基于等效刚度的矩形孔蜂窝梁钢框架结构内力计算方法

蜂窝梁钢框架结构因梁截面沿长度周期性变化，不能直接采用普通钢框架结构矩阵位移法计算框架内力和位移．本文基于等效刚度法推导了矩形孔蜂窝梁的等效抗弯刚度、抗剪刚度和轴向刚度，建立了矩形孔蜂窝梁的单元刚度方程，提出了矩形孔蜂窝梁钢框架内力和位移计算方法．算例理论计算结果与有限元分析结果表明，两种方法计算结果非常接近．本文提出的等效刚度法概念清晰，准确性好，适用于计算蜂窝梁钢框架结构的内力和位移．     

基于混合状态变量的中厚板条形传递函数解

基于Mindlin板理论和改进的混合能量变分原理,建立了矩形区域中厚板问题的条形传递函数解法。该方法将矩形板在一个方向上离散为多个条形单元,而条形单元状态变量的解在单元的横向采用多项式插值,在单元的纵向直接解析求解。通过定义结点变量,并利用结点位移连续和力平衡条件,将多个简单子区域的解进行组装,可构造出分析复杂形状、复杂边界条件中厚板的条形传递函数解。数值算例表明,条形传递函数方法具有很高的计算精度。     

THE FREE-INTERFACE METHOD OF COMPONENT MODE SYNTHESIS FOR SYSTEMS WITH VISCOUS DAMPING

This paper presents a new free-interface method of component mode synthesis for linear systems with arbitrary viscous damping. The left and right projection matrices described by slate-variable vectors are first introduced for components with rigid-body freedom. The operator function of projection matrices for state displacement and state force is proved, and then the state residual fiexibility matrix and the state residual inertia-relief attachment mode are defined and employed. The results of three examples demonstrate that the method proposed in this paper leads to very accurate system eigenvalues and high mode-synthesis efficiency     

薄板的多变量小波有限元分析

基于区间B样条小波和广义变分原理,提出了多变量小波有限元法,构造了一种新的薄板多变量小波有限单元.由广义变分原理推导结构的多变量有限元列式,区间B样条小波尺度函数作为插值函数构造的多变量小波有限元法中,广义应力和应变被作为独立变量进行插值,避免了传统方法中应力应变求解的微分运算,减小了计算误差.区间B样条小波良好的数值...