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。     

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。     

索牵引并联机器人静态平衡位置的正解研究

研究了一种大跨度但运动缓慢的索牵引并联机器人的位置正解问题,此时可认为系统处于静平衡状态,但必须考虑柔索垂度的影响。索牵引并联机器人的静态平衡位置的正解就是确定机器人末端执行器的位置和姿态,使得系统能在给定的柔索长度下处于静平衡状态。这涉及到系统的非线性力学分析而不仅仅是一个几何问题。本文采用悬链线方程描述柔索的力学特性,结合索端位移与机器人末端执行器位移之间的关系推导出机器人的末端执行器位移与索长变化之间的增量关系,据此提出一种迭代策略完成正解计算。数值算例验证了本文方法的有效性。     

具有滑移式散索鞍的悬索桥主缆架设分析

为分析悬索桥的主缆架设,首先建立了滑移式索鞍纵向复合圆曲线的数学描述方法,进而利用弹性悬链线的精确解,建立了两索鞍间索跨的分析方法,并用于确定由成桥几何控制参数确定的悬索桥成桥状态,随后通过移动鞍座寻找平衡位置,可得到空载时索鞍预偏量、各跨垂度、索股张力和索夹位置等重要参数。这种解析迭代法可以考虑散索鞍重量的影响,以及主梁的架设对索鞍支承面的弹性压缩。算例表明本文所建立的方法是正确的。工程算例还表明具有不同纵向曲线的索鞍对悬索桥结构的整体静力分析结果影响甚微,且忽略散索鞍的重量将使架设时锚跨侧索股的张拉力偏大。     

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。     

斜拉索各参数取值对索力测定结果的影响

为了确保频率法测定斜拉索索力的精度，以某斜拉桥中的拉索为例，采用平面非线性有限元法探讨了斜拉索各参数取值对索力值的影响，并讨论了各参数的合理取值．利用分析结果找到了不同的测试单位在该斜拉桥的索力联测中存在较大索力偏差的原因，可对施工过程中的索力精确测定提供帮助．分析结果同样适用于悬索桥和悬挂屋顶等索结构的索力测定．     

CFRP索斜拉桥的索-浅拱模型及面内自由振动分析

本文针对斜拉桥的受力特点,基于索和浅拱的经典动力学运动方程,结合拉索与浅拱之间的耦合边界条件,并且考虑两者的几何非线性,建立了斜拉桥的多索-浅拱面内自由振动模型。将浅拱分段处理,结合索、浅拱连接处的动态平衡条件,应用分离变量法,建立多索-浅拱模型的面内自由振动理论。以双索浅拱模型为例,求解其特征值问题。同时,建立了相应的有限元模型,有限元计算结果与本文理论分析吻合良好。最后针对CFRP索斜拉桥的关键参数,基于本文的索-浅拱理论,对面内自由振动进一步研究。研究表明：浅拱的矢高在一定范围内变化,仅对某一阶频率产生影响,而其他各阶频率几乎没影响;CFRP拉索能显著改善索-浅拱组合结构的基本动力学特性。     

LT50m模型二级运动调整系统的动力学分析

安装在悬挂馈源舱内的Stewart平台作为馈源位姿精调机构与舱索粗调系统一起构成了大型射电望远镜(LT)馈源位姿的两级调整系统。使用索结构的悬链线解析方程以及在忽略舱体振动导致的Stewart平台惯性力的基础上,应用Newton-Euler法建立了舱索系统与Stewart平台耦合的动力学简化模型。通过对LT50m缩比模型的仿真分析,模拟了馈源舱对Stewart平台扰动的响应,并由实验进行了验证。     

有限到无限:基于离散静力平衡推导悬链线方程和梁位移方程

悬链线问题是一类非常经典的力学问题,推导出悬链线方程的方法从静力平衡到变分原理,非常之多。本文基于离散的静力平衡模型,采用从有限到无限的求解方法,建立并求解了悬链线方程。在此基础上,本文进一步建立了含有扭簧作用的离散静力平衡模型,推导并求解梁位移方程。最后在不同参数下求解梁位移方程得到其渐变解,并分析了多种平衡状态的存在情况。     

有限到无限:基于离散静力平衡推导悬链线方程和梁位移方程

悬链线问题是一类非常经典的力学问题,推导出悬链线方程的方法从静力平衡到变分原理,非常之多。本文基于离散的静力平衡模型,采用从有限到无限的求解方法,建立并求解了悬链线方程。在此基础上,本文进一步建立了含有扭簧作用的离散静力平衡模型,推导并求解梁位移方程。最后在不同参数下求解梁位移方程得到其渐变解,并分析了多种平衡状态的存在情况。     

悬链线索单元算法的改进

H．B．Jayaraman在20世纪80年代推导的悬链线索元有限元法计算精度高，特别适用于精度要求比较高的大型索结构。但是，当索原长Lu的取值与悬索两节点之间的直线长度相近时，迭代不易收敛，甚至发散。提出了当该迭代不收敛时，应采用的迭代策略。计算结果表明，该方法准确，计算精度高，可供悬索结构设计、施工时参考。     

悬索桥空间缆索实用找形方法

针对现存分段悬链线法和有限元法在悬索桥空间缆索找形方面存在对初值敏感和容易发散等问题,本文提出了一种实用方法.基于空间缆索纯索体系的有限元模型,以缆索节点坐标和单元内力为未知参数,通过小弹性模量法确定迭代初值,采用内循环参数更新外循环坐标修正的嵌套循环迭代计算空间缆索线形.三个算例分析结果表明,本文方法计算精度与分段悬链线法一致,且具有迭代次数更少、收敛性更好和计算效率更高的优点,适用于纵桥向斜吊杆空间缆索的线形计算.     

A procedure for the static analysis of cable structures following elastic catenary theory

The paper proposes an unitary strategy for the static analysis of general cable nets under conservative loads. A form-finding is first performed in order to initialize the successive non linear analysis. The numerical procedures carried on in both steps, form finding and structural analysis of the net, employ a three dimensional elastic catenary element. Equilibrium conditions at internal nodes and kinematic compatibility at the end nodes of each cable are used to derive the global equations of the net. When the pre-stresses are high and the topology of the net is involved, an accurate initializing solution is essential for the convergence of the successive numeric non linear structural analysis (performed by Newton method). The numerical applications highlight the capability of the proposed procedure to solve three dimensional problems with taut and slack cables, out of plane distributed forces (modeling wind loads), point loads along the cables. The contemporary presence of cables and compression truss elements is also considered testing the effectiveness of the method in the analysis of tensegrity structures.     

悬索桥主缆过三定点的精确线形数值解析计算方法

系统阐述了悬索桥分段悬链线理论及其基本方程,对变化刚度迭代法计算主缆线形进行了深入分析,发现了其不收敛的情况。对此,提出主缆过三定点的精确线形E-M解析计算方法,通过主缆平衡方程分别推导出末点和中间点标高与主缆左端水平和竖向分力H和V的解析关系式,得出综合考虑末点和中间点标高误差影响的H和V的修正迭代式。算例验证与有限元方法吻合较好,在吊索索力极不均匀的情况下,E-M计算方法仍能有效满足主缆线形过三定点的要求,收敛速度快精度高。     

在中支座可滑动的两跨连续索的静力分析

基于非线性弹性理论,从单索的平衡出发,在索元的无应力长度已知情况下,提出了两跨连续索在中间节点滑移的初始平衡位置确定及均布荷载作用下的静力响应分析方法,建立了其非缄性计算的基本理论、公式和求解方法,并进行了实例计算。     

A Numerical Method to Material and Geometric Nonlinear Analysis of Cable Structures

In this article, a numerical method is presented for computing the stiffness matrix and compatibility relations of cables under uniform distributed loads on any direction. Both the geometrical and material nonlinearities, including softening and yielding of material, are taken into account and the catenary cable element with gauss integration scheme is employed. The proposed formulation includes the effect of uniform distributed loads on any direction and 3D nodal forces to assess the geometric and possible material nonlinearity of cables. The derived equations are then applied to the analysis of cable structures. The accuracy of the responses obtained by the proposed method is evaluated by several benchmark solutions available in the literature. Results of numerical examples indicate the capability of the proposed stiffness matrix in prediction of the elastic and inelastic responses of cables. The proposed formulation is therefore recommended for cable elements to be used in the analysis of cable structures.