波形钢腹板组合箱梁约束扭转分析

波形钢腹板箱梁相比于传统混凝土箱梁其扭转效应更为明显，为了更加合理地分析其约束扭转效应，在乌曼斯基第二理论的基础上考虑波形钢腹板的手风琴效应及顶底板对腹板的约束作用，通过截面等效的途径，推导了约束扭转正应力和二次剪应力的计算公式，数值算例和ANSYS有限元分析验证了所推导公式的正确性。引入正应力系数反映约束扭转正应力与弯曲正应力的占比关系，引入剪应力系数反映二次剪应力对扭转总剪应力的影响程度。结合数值算例，详细分析了悬臂板宽度和波形钢腹板厚度变化对应力系数的影响规律。研究结果表明，偏心集中荷载作用下，扭转翘曲正应力可达到弯曲正应力的45%，波形钢腹板上下两端区域内的约束扭转正应力可达到弯曲正应力水平，二次剪应力可达到扭转总剪应力的52%，减小悬臂板宽度和增大波形钢腹板厚度可显著降低二次剪应力。     

考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵

推导了薄壁空间梁单元刚度矩阵 ,考虑了双向弯曲及截面约束扭转对杆件轴向变形的影响 ;计算了截面的翘曲变形 ,以及二次剪应力对翘曲变形的影响 ,可适用于任意截面 (包括开口、闭口和混合剖面 )的薄壁杆件。计算结果表明 ,考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵有相当好的精确度 ,可以用于薄壁杆件的静动力分析。     

开口厚壁截面短构件的约束扭转1）

为了分析开口厚壁截面短构件的约束扭转问题,采用统一分析梁模型与有限节线法,对T形和L形厚壁截面短构件约束扭转时横截面的翘曲和应力分布情况等问题进行了分析研究.算例计算结果表明：开口厚壁截面短构件存在与其横截面形心位置不一致的扭转（弯曲）中心,构件在不过扭转中心的外力作用下会产生弯扭耦合变形,其横截面将产生不均匀翘曲,横截面上的翘曲正应力和扭转剪应力均呈非线性分布.     

IGBT模块封装中大面积基板连接的应力翘曲分析

模拟绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块中用烧结银对直接覆铜(DBC)基板与铜底板进行大面积连接的过程，发现大面积基板连接会产生很大的翘曲与严重的残余应力．增加铜底板厚度使其刚度增大，能有效改善基板连接的翘曲问题．基板连接的最大残余应力产生于DBC上铜层与陶瓷层连接的角点处，随DBC铜层厚度的增加而增加，随陶瓷层厚度的增加而减小，与焊层厚度关系不大．其主要原因是各层材料厚度变化对结构整体热膨胀系数的改变程度不同，而DBC铜层与陶瓷层之间热失配程度最严重．结构厚度改变对连接层应力大小影响不大，但增加底板厚度会恶化连接层的应力分布，不利于模块长期可靠性．采用DBC下沉法和反向预翘曲法可以在控制连接层残余应力的条件下有效降低IGBT模块因烧结引起的翘曲，不会降低模块的可靠性．     

基于新型广义位移的箱形梁扭转单元及应用

为了改进变截面连续箱梁桥的扭转分析理论，将截面总扭转角分解为自由翘曲扭转角和约束剪切扭转角，选取自由翘曲转角扭率作为广义位移，提出一个2节点8自由度的扭转梁段单元。从约束扭转控制微分方程出发，推导单元刚度矩阵及等效节点荷载列阵。引入应力增大系数，以反映约束扭转对初等梁应力的增大效应。数值算例验证了本文梁段单元的可靠性。最后对一个三跨变截面连续箱梁桥进行分析，结果表明，双力矩影响线与弯矩影响线较为类似，按双力矩影响线进行最不利荷载加载时最大应力值偏小；应力增大系数在集中荷载作用截面出现极值，均发生在腹板与顶板交点处；利用偏载放大系数来考虑扭转附加效应时，不宜考虑弯曲正应力较小及翘曲正应力出现极值的梁段区域。     

从自由试验提取约束结构模态

已有的“从自由试验提取约束结构模态”的动柔度法，仅适用于刚性支承情况．在工程中，弹性支承状态是常见的，为此，建立了这一情况下的提取方法．该方法具有普遍性，因为当支承刚度很大时，可得到刚性支承下的结果；当支承刚度很小时，便可获得工程中用橡皮绳悬吊结构后所测得的自由-自由试验模态．总之，当支承刚度为任何值时，用此方法都能提取到相应约束结构的满意试验模态参数．表明该算法是非常稳定的，对于工程应用至关重要．     

开口厚壁截面短构件的约束扭转

为了分析开口厚壁截面短构件的约束扭转问题,采用统一分析梁模型与有限节线法,对T形和L形厚壁截面短构件约束扭转时横截面的翘曲和应力分布情况等问题进行了分析研究.算例计算结果表明:开口厚壁截面短构件存在与其横截面形心位置不一致的扭转(弯曲)中心,构件在不过扭转中心的外力作用下会产生弯扭耦合变形,其横截面将产生不均匀翘曲,横截面上的翘曲正应力和扭转剪应力均呈非线性分布.     

集簇式弹性连接组合梁桥的力学性能分析

基于二维弹性力学理论,将简支组合梁桥结构简化为层合的平面应力问题,用集中力替代集簇式弹性连接件提供的纵向作用力,根据桥梁表面的受力条件及界面处应力和位移的衔接条件,得到了组合梁桥的应力、位移分布函数。该计算方法收敛性较好且精度较高。参数化分析表明:桥梁跨中挠度和正应力随簇钉间距的增大而增大,但随簇钉刚度的增大而减小;当混凝土全部受压且钢梁全部受拉时簇钉承受的剪力值最大,建议簇钉刚度为104k N/mm,簇钉间距为0.5m~1.0m。计算结果为组合梁桥的科学设计提供了参考依据。     

考虑桩头约束的水平受荷单桩响应分析

基于m法的基本假定推导了考虑桩头转动约束程度、桩身自由长度和埋深比的水平受荷单桩响应解析解,获得了更具一般性的通解形式;基于该计算公式讨论了桩头转动刚度km、量纲为一的固定因子C、桩头约束度λ三种桩头约束定量表征参数间的关系;分析了桩身埋入深度和自由长度对桩头约束表征参数和单桩响应的影响。研究表明:桩头约束度λ(即有约束单桩桩头所受弯矩与桩头嵌固条件下桩头弯矩之比)不受桩和桩周土参数的影响。通过λ取0(表示桩头自由)和1(表示桩头嵌固)之间的数值有效表征桩头约束效果;采用桩身抗弯刚度和水平地基比例系数对桩头转动刚度进行量纲归一化获得系数β,在桩身埋入深度和自由长度给定的条件下,β和λ具有一一对应关系,β成为λ与单桩和桩周土体参数间相关联的关键参数。进一步的研究表明:在β相同的条件下,刚性桩的λ值大于弹性长桩,自由长度越大桩头约束度越大;桩头位移和土面下桩身最大弯矩随λ的增大呈线性变化;对于刚性桩和自由长度大于2倍桩土刚度系数的弹性长桩,自由长度变化对桩头位移比(有约束单桩的桩头位移与桩头自由单桩的比)随λ变化规律的影响不大;桩身土面下最大弯矩点深度随λ的增加而增加,随自由长度的增加而减小;在λ小于0.5时,刚性桩和弹性长桩的最大弯矩点深度基本一致,且此规律不受自由长度的影响。     

半刚性钢框架的内力分析

采用二阶非线性分析方法分析和设计半刚性钢框架，包括连接的柔性以及构件的几何非线性的影响，提出了半刚性钢框架中梁柱单元刚度矩阵和半刚性梁的单元刚度矩阵；推导了半刚性梁在集中荷载，均布荷载，线性荷载作用下的固端弯矩的求解公式；连接的柔性对无支撑框架的侧移有很大的影响，设计时通过变化连接的刚度以平衡梁的跨中和端弯矩。     

基于能量变分法的钢底板波形钢腹板组合箱梁畸变效应分析

为合理分析钢底板波形钢腹板梯形箱梁的畸变效应，按各板件面内外抗弯刚度不变的原则将全截面等效为钢材，利用圣维南原理考虑顶底板对波形钢腹板的约束作用，修正畸变扇性坐标分布模式，基于能量变分法建立畸变控制微分方程。与已有文献及有限元进行对比分析，并研究腹板俯角和波形钢腹板厚度变化对畸变翘曲正应力的影响。结果表明，本文解析解与文献解及ANSYS解均吻合较好；基于圣维南原理修正后的扇形坐标分布模式更合理；利用本文等效方法亦可分析传统波形钢腹板组合箱梁的畸变效应；腹板俯角的设置有利于减小畸变翘曲正应力；波形钢腹板厚度变化对腹板与底板交接处的畸变翘曲正应力影响显著。     

结构有限元分析中阶跃型弹性约束的一种有效处理方法

本文通过引入弹性约束刚度矩阵和结构位移约束列阵，提出了结构有限元分析中处理阶跃型弹性约束的一种有效方法。该法通过改变弹性约束系数及位移非约束量大小，可方便有效地处理结点常弹性约束，刚性约束，阶跃型弹性的约束及阶跃型刚性约束等问题。     

弹性基础上无缝轨道应力分析的半解析法

从钢轨应力分析的要求出发,提出了弹性基础上开口厚壁杆的半解析计算方法.轨道截面上沿纵向的正应力分为弯曲正应力和约束扭转正应力,弯曲正应力可以根据弹性基础梁的弯曲理论求得,而约束扭转正应力将采用本文的半解析方法.把钢轨的横截面离散为有限单元,将位移(z方向)解表示为横截面上一个离散的数值函数(称为拟扇性坐标ω(x,y))与长度方向上的解析函数相乘的形式.用最小势能原理求解横截面上拟扇性坐标ω的有限元解和长度方向上解析函数表达式.以75kg钢轨为算例,计算了ω、-((e)ω)/((e)x) y和x-((e)ω)/((e)y)的结果,通过它们可以进一步计算钢轨中的约束扭转正应力和截面上的剪应力.     

面向应力约束的独立连续映射方法

大多数已有的拓扑优化研究为系统刚度最大化设计,尤其以体积比约束下的静态柔顺度最小化问题为典型.从工程角度出发,结构强度设计至关重要.以往的应力研究表明,应力约束拓扑优化存在着奇异性、约束数目庞大、高度非线性特性等诸多数值困难.为了实现应力约束下的拓扑优化设计,采用归一化p范数应力指标以减少单元应力约束数目.遵循独立连续映射建模方式,引入密度变量的倒变量函数作为设计变量.推导了应力约束函数和体积目标函数对设计变量的敏度,并基于一阶和二阶泰勒近似得到各自的显式表达式.通过构造的系列二次规划子问题,原拓扑优化问题采用序列二次规划算法高效求解.二维数值算例考察了结构刚度和强度设计结果的异同,以及不同应力约束上限值对应力约束拓扑优化结果的影响.通过提出方法与传统变密度法结果的比较,说明提出的独立连续映射方法在应力约束下具有可行性和有效性.优化结果也表明了考虑应力约束的连续体拓扑优化具有必要性.      

应力约束全局化策略下的连续体结构拓扑优化

利用Mises强度理论，提出了应力约束全局化策略，将局 部的应力约束问题转化为结构整体的应变能约束问题. 基于ICM(独立、连续、映射)方法， 引入了独立、连续的拓扑变量，对单元重量、单元刚度和单元许用应力的过滤函数进行了选 择，建立了以重量为目标，以结构应变能代替应力约束的多工况下连续体结构拓扑优化模型， 寻找到了多工况下的最佳传力路径. 运用对偶二次规划方法对上述优化模型进行了求解. 另 外，利用PCL语言，在MSC/PATRAN的开发平台上，实现了应用应力约束全局化策略进行连 续体结构拓扑优化的模块化处理. 数值算例表明了该方法的可行性和有效性.     

正常使用极限状态下半刚性连接组合梁框架侧移的简化计算

对于无支撑半刚性连接框架而言,仅依靠梁柱本身的抗弯刚度为整个结构提供必需的水平抗侧移刚度,在满足正常使用要求的极限情况下,很有可能是框架的侧移控制设计而不是其承载力,为了充分理解半刚性连接组合梁框架在水平荷载下的侧移特性,本文采用等效刚度梁的概念,将半刚性连接的框架简化为等效的刚接框架,通过等效刚接框架与实际半刚性连接框架有限元分析结果的比较,表明采用等效刚接框架法能准确预测半刚性连接框架的侧移.半刚性连接组合梁框架中的有关参数对其侧移具有不同的影响,半刚性连接组合梁框架的侧移计算可用等效刚接框架进行简化计算,通过算例验证了建议的简化方法不仅可以使计算大大简化,而且具有工程设计可接受的精度.     

钢-混凝土组合梁负弯矩区畸变屈曲弯矩计算公式

侧向弯曲屈曲及侧向弯扭屈曲均为钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁的重要屈曲模式,而现有计算方法通常只考虑到侧向弯曲屈曲,未考虑到侧向弯扭屈曲,因此有一定局限性。本文在钢梁腹板对钢梁下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度的计算公式上,结合弹性介质中薄壁杆件的屈曲理论推导了工形钢-混凝土组合梁负弯矩区的侧向弯曲屈曲弯矩及侧向弯扭屈曲弯矩计算公式。实例分析表明,现有计算方法均存在一定理论缺陷,本文计算方法更为合理;同时,本文计算式比现有文献中同类型计算式更为简洁,便于手算,实用性强并适于工程应用。     

用电化学方法测试动脉模型壁面剪应力

应用电化学方法，对动脉模型Ｔ形分叉部位流场壁面剪应力进行测试研究。测试了以于现有理论分析和数值部都比较困难的高雷数流动流场壁面剪应力，并且对若干不同雷诺数及不同支管分流情况进行了系列测试。通过实验发现，此部位同时存在主煎应力和低剪应力区，确定了它们的位置和剪应力的大小。系列测试不显示：随着雷诺数的变化，无量纲剪应力有一定的变化，而当支管分流变化时，无量纲煎应力的变化很明显。     

不同宽厚比H形截面钢梁抗冲击性能

基于经实验校核的非线性有限元模型,对受横向冲击作用的H形钢梁进行了有限元分析。设计不同宽厚比组配的H形钢梁,分析H形钢梁跨中受横向冲击的动态响应和应力发展过程,并研究宽厚比对H形钢梁抗冲击性能的影响,重点讨论了腹板厚度、翼缘厚度对冲击力平台值和峰值以及耗能的影响。分析结果表明,两端铰接H形钢梁在跨中受冲击载荷作用下的变形模式主要为弯曲变形。相同冲击能量下,冲击力平台值主要受翼缘厚度的影响,冲击力峰值主要受腹板厚度的影响。翼缘厚度对钢梁抗冲击性能的影响要大于腹板厚度。本研究可为不同宽厚比H形钢梁的抗冲击设计提供依据和参考。     

单侧摩擦梯度非均匀双半平面的反平面运动

研究了二个半平面的反平面运动，二个半平面都是剪切弹性模量与材料密度为梯度的非均匀介质，它们之间的界面是具有Coulomb摩擦的单侧界面. 当介质的梯度参数按二次幂规律变化时，求得了这一问题的解析解，给出了界面上粘着区与滑移区以及相应的界面剪应力与相对滑移量的分布. 通过抛物线脉冲入射下的数值计算发现：界面上的剪应力呈反双峰形分布，正、反滑移区出现在峰值点附近，其范围随界面上施加的外压力σ=fsp∞/μ0的增加而减小，当外压力达到某一数值时，滑移区消失，整个界面将完全粘着在一起.