加强型薄壁杆件约束扭转数值分析

在航空、船舶、建筑、机械等各工程领域中,广泛应用由型钢或组合结构组成薄壁杆件.薄壁杆件按其截面力学特征,分开口截面及闭合截面两类.闭合截面远比开口截面具有强劲的抗扭刚度,为了提高开口截面薄壁杆件的抗扭承载能力,可在开口截面上沿杆长方向加设一系列横向联系杆(如板、管、型钢),这就形成第三种类型薄壁杆件,即称之为加强型薄壁杆件,...     

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。     

计算弯曲中心的理论公式及其应用

 使用弹性力学的Saint-Venant弯曲理论定义了一般截面的弯 曲中心并给出了精确的计算公式(对薄壁和非薄壁截面均适用)，在开口薄壁截面的情形， 由材料力学给出的关于不同截面的弯曲中心公式都可由本文的理论公式经近似分析获得.     

一类材料力学超静定结构的优化分析

<正>题目结构由不计自重的刚性梁ABC、圆形截面弹性杆1和2组成,如图1所示两杆的横截面面积分别为A_1和A_2,弹性模量均为E,许用正应力均为[σ],稳定安全因数均为n_(st)。已知刚性梁上作用均布载荷q,在满足杆件1的强度和杆件2(假定为大柔度杆)的稳定性条件下,为使两杆件使用材料总量最少,试确     

薄壁杆约束扭转的单肢解析化分析方法

针对薄壁杆件约柬扭转的基本受力反应分析问题,采用与符拉索夫的经典约束扭转理论截然不同的立论途径,将自由扭转刚度视为调整因素,而将剥离了该抗力效应的薄壁杆件基本体系作为主要分析对象,推导出基于翘曲理论并考虑了自由扭转刚度影响的杆件刚度方程及结问荷载的等效措施.此外,提出了基于微段薄壁杆简化单刚的有效数值化分析方法.上述研究表明,对于钢构件等具有薄壁构型截面形式的杆件,这种单肢解析化分析方法无需进行复杂的截面特性如弯、翘曲惯矩或弯、形心坐标等的分析,力与变形的表达简洁、直接,本文的抗力性能分析和表述方式可为薄壁构件的稳定及畸变等研究提供新的思路切入点.     

变截面框架-剪力墙-薄壁筒结构弯扭耦连振动的常微分方程求解器解法

本文用沿高度方向分段连续化的方法,对沿高度方向为阶形变截面,在平面内为任意斜向布置的框架-剪力墙-薄壁筒协同工作体系,建立了弯扭耦连的振动方程,用常微分方程求解器(COLSYS)求解了自振频率及相应的振型。     

一种新的薄壁杆件单元扭转刚度矩阵

本文提出一种新的薄壁杆件单元扭转刚度矩阵,它能够计及二次剪应力对翘曲变形的影响,并适用于任意剖面(包括开口,闭口和混合剖面)的薄壁杆件。计算表明,这个新的扭转刚度矩阵有相当好的精确度,可以代替Kawai或Gunnlaugsson-Pedersen的刚度矩阵,用于薄壁杆件的有限元静动力分析。     

中心舱体与薄壁梁刚-柔耦合系统的热弹性-结构动力学分析

空间柔性结构受太阳热流冲击而诱发的振动是导致航天器失效的典型模式之一,准确预测结构热致振动的响应及稳定性是卫星设计的基础。针对常见的中心舱体与附属薄壁杆件组成的空间结构,提出了考虑刚-柔耦合、耦合热弹性和耦合热-结构三重耦合效应的热致振动分析理论模型。其中,刚-柔耦合是指舱体姿态角、顶端集中质量转动与柔性附件运动的耦合;耦合热弹性是指应变率与温度场的耦合;耦合热-结构是指舱体转动及结构变形与薄壁杆件吸收太阳热流的耦合。基于热弹性理论和Lagrange方程,推导了传热和运动的耦合方程;采用Laplace变换方法并使用Routh-Hurwitz稳定判据推导了稳定性边界方程。结果表明,该模型能够更为准确的给出热致振动响应及稳定性预测。     

高层建筑风振时地基土材料阻尼比取值范围的初探

高层建筑风振响应分析中考虑土与结构相互作用后地基土的材料阻尼比幅值是多少,这是考虑土与结构相互作用对高层建筑结构风振响应有利还是不利的关键问题.通过对无桩基桩架-剪力墙结构的顺风向风振响应分析,发现考虑土-结构相互作用时结构基础底面土体的动剪应变幅值处于弹性应变范围,根据土动力学中土的动剪应变与土的阻尼比的关系,土体的材料阻尼比较小,其值不超过0.03,据此计算出相应的结构最大层间位移和结构顶层的最大加速度比将地基视为刚性的结构有较大增长;因此,在高层结构风振响应分析中应考虑土-结构相互作用的影响.文章通过实例分析给出无桩基高层建筑土体材料阻尼比的建议值,该研究为有桩基高层建筑的土体材料阻尼比的计算提供了借鉴.     

在水平荷载作用下高层建筑结构空间协同工作内力分析的矩阵方法

本文对由框架、剪力墙(壁式框架)和框架-剪力墙等抗侧力结构组成的高层建筑结构在任意水平荷载作用下,考虑空间协同工作,使用矩阵位移法和矩阵力法相结合的矩阵方法进行内力分析,推导了适合于编制程序的计算公式,介绍了计算程序的粗框图和计算步骤,在编制程序时,把有剪力墙的结构化为等效框架处理,除考虑弯曲变形外,还对柱子考虑了剪切、轴向变形和扭转因素;对     

薄壁弹性梁在截面突变处的连接条件

本文对开口薄壁弹性直梁在截面突变处两侧截面,利用扇性坐标转换公式,提出了在一个截面内部分截面的主扇性坐标的概念,建立了轴向位移连续条件;据此,得到了在截面突变处轴向位移、弯曲和扭转耦合的一般的连接条件(位移连续条件和力平衡条件)。     

新型截面耐撞梁及其冲击吸能性能分析

提出了一种类似泡沫填充结构的轻质高吸能内部加筋薄壁梁的截面型式(加筋薄壁梁),采用数值仿真技术,以初始冲击力峰值、总吸能、比吸能为指标分析了该截面型式梁的抗弯性能.与同等质量的空心方形梁和泡沫铝填充梁进行比较,发现加筋薄壁梁的吸能性能(或比吸能)显著提高.同时初始冲击力峰值也有大幅下降,说明这种加筋薄壁梁是新型保险杠的良好截面型式.     

Ⅰ型裂纹对薄壁偏心柱弹性挠度的影响

本文重点研究了裂纹对薄壁截面偏心受压柱弹性挠度的影响,分析模型假设偏心柱两墙铰支;截面绕强轴发生单向弯曲变形：I型裂纹位于受力最为严重的中间截面的受拉翼缘上,首先简单介绍了Rayleigh-Ritz变分法求得的弹性挠度三角函数级数解,该解的优点是可以在裂纹截面满足变形协调条件,适应于裂纹在薄壁截面上的沿弯矩面外方向扩展的情况,然后针对工字形,箱形两种双轴对称薄壁截面柱,具体地分析了在不同荷载,偏心距和长细比条件下裂纹长度对偏心柱挠度的影响规律和范围,理论分析和数值结果表明,在其它条件不变的情况下,柱的长细比越小或偏心距越大,裂纹引起的挠度增量越明显。,     

高层建筑结构分层模型弹塑性动力分析

1.概述输入地震波对高层建筑结构进行弹塑性动力分析能反映出地震过程中结构的动力特性.多质点体系(图1)在动力荷载作用下的振动方程为:[M]{(?)}+[C]{(?)}+[K]{(?)}=-[M]{(?)} (1)式中{x}、{(?)}、{(?)}——质点的位移、速度、加速度向量;[M]、[C]、[K]——质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;{(?)}——地面加速度向量.方程(1)是二阶微分方程组,按已知的地震加速度记录(?)(t)对时间t 求解这方程组,便可求得地震过程中各质点在每一时刻的位移、速度和加速度,从而计算结构的内力.     

钢管混凝土空间桁拱徐变计算的单一单元模型

采用空间杆单元模拟结构杆件,基于徐变作用下钢管与核心混凝土黏结良好因而应变协调的特点,结合徐变的时间步增量分析方法,建立适合钢管混凝土空间桁拱徐变分析的单一单元模型并开发了程序,对湖南茅草街大桥(主跨为368 m的中承式钢管混凝土拱)进行了《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG-T D65-2015)和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)规定的两种徐变模式下拱肋下挠、截面应力以及杆件内力重分布的对比分析。结果表明：本研究的钢管混凝土杆件单一单元模型相对于常规的双单元模型能提高计算效率;两种徐变模式下计算的由徐变引起的拱肋下挠、截面应力重分布非常明显,杆件内力重分布不太明显;相对而言,后一种徐变模式下徐变对拱肋受力行为的影响更强些。     

THE DETERMINATION OF THE COMPUTATIONAL DEGREES OF FREEDOM OF BAR SYSTEMS1)

为了简化和统一结构力学教材中杆件体系计算自由度$W$的算法,本文提出了“直接法”。该方法以相邻节点间的杆件和结点为分析对象,对于含$m$根杆件、$g$ 个单刚结点和$h$个单铰结点的平面杆件体系,直接法给出计算自由度公式$W=3m-(3g+2h$)。相比于已有方法,直接法研究对象清晰,数学运算统一,适合于编程计算,便于初学者准确而快速计算复杂体系的$W$;也为结构超静定次数的确定提供了一种简单有效的数值算法。     

关于弹性Boussinesq—Galerkin通解的不唯一性问题

本文确定了Boussinesq-Galerkin弹性通解(以下简称B-G解)的不唯一程度,并证明了如果弹性区域是z—向凸的,那么B_3可以省略,在非z—向凸的弹性区域。由反例说明了B_3未必能省略。     

计算杆件结构的自由度

为了简化和统一结构力学教材中杆件体系计算自由度W的算法,本文提出了"直接法"。该方法以相邻节点间的杆件和结点为分析对象,对于含m根杆件、g个单刚结点和h个单铰结点的平面杆件体系,直接法给出计算自由度公式W=3m-(3g+2h)。相比于已有方法,直接法研究对象清晰,数学运算统一,适合于编程计算,便于初学者准确而快速计算复杂体系的W;也为结构超静定次数的确定提供了一种简单有效的数值算法。     

弯曲型剪力墙动力分析的模态摄动法

本文应用直接模态摄动法建立了小开口弯曲型剪力墙和双肢弯曲型剪力墙动力特性近似分析方法,在这一方法中,以等截面均匀悬臂梁的正交模态函数为Ritz展开的基函数,把弯曲型剪力墙看作均匀悬臂梁的局部修改后的新体系,通过模态摄动原理,获得小开口弯曲型剪力墙和双肢弯曲型剪力墙振动模态的半解析解。算例结果表明模态摄动法能够简便地得到精度高的结构动力特性。     

组合截面工程结构离散变量优化设计的通用模型及启发式算法

建立了组合截面离散变量优化设计的通用模型;提出了一种启发式求解算法。通过对截面设计变量的合并,把截面整体作为一个设计变量;将约束条件按其作用范围分为三类:局部约束、全局约束、中间约束,即介于局部和全局约束之间的约束;根据离散结构实体杆件在结构中受力和传力的特点,将杆件分为5类。针对三类约束的不同特点,分别给出了启发式求解算法。最后通过一个三维的空间结构实例给出验证,优化效率高,效果明显。六个工程实例的优化结果比经验设计可节省材料5.0～19.0%。实践表明本文提出的模型通用性强,启发式求解方法效率高且实用,适合大规模离散变量工程结构最轻设计问题。