钢框架高等分析中考虑局部屈曲的子结构法

将相对自由度概念引入三维实体等参数单元,得到了16结点相对自由度壳元的插值表达式,并基于更新拉格朗日构型的虚位移原理推导了该壳单元的刚度矩阵。在单元刚度矩阵形成以后采用子结构法对内部结点自由度进行聚缩,根据薄壁构件相关假定并考虑截面翘曲因素的影响,通过边界结点的位移协调条件把壳单元组装成每端7个自由度的薄壁梁-柱单元参与整体分析,可以考虑板件局部屈曲的影响;突破了传统分析的紧凑型截面限制,并通过算例证明了本文方法的精确度和有效性。     

钢筋混凝土平面框架节点单元BCJ⁃5N

本文基于四根刚臂梁结合12个外接一维单元建立了钢筋混凝土框架节点单元，单元具有5个节点15个 自由度，称之为“BCJ-5N”单元．每个节点具有3个自由度，与普通梁单元一致，从而确保本单元适合于同普 通一维梁柱单元一起进行钢筋混凝土结构平面非线性分析．单元考虑了梁受力钢筋在框架节点内的黏结滑移作 用，并通过钢筋混凝土梁正截面强度设计建立了梁端弯矩与截面转角关系的骨架曲线，结合Lowes加载卸载模 型，组成了完整的静力、动力分析的框架节点单元，并将其移植到 ABAQUS通用分析平台上，通过对两跨三 层钢筋混凝土框架结构的滞回分析和三跨三层钢筋混凝土框架结构的动力分析两个算例，验证了本模型适合于 进行循环荷载和动力荷载作用下平面框架结构非线性响应分析．     

界面连接刚度参数辨识的子结构分析法

以试验模态参数为基础,提出一种通过特征方程反问题辨识子结构界面连接刚度参数的子结构分析法。新方法以子结构动柔度矩阵特征方程为基础,建立求解界面结点内力和位移的方程,从而由子结构内部结点可测自由度上的位移用广义逆理论估计界面结点内力和位移。并通过迭代修正内部结点可测自由度上的试验值,以提高界面内力和位移的估计精度。最后通过连接子结构刚度矩阵建立的平衡方程求解相应的刚度参数。文中以太阳电池阵板间铰链副刚度参数辨识为例,将铰链副简化为两端结点各有6个自由度的弹簧连接元,考虑到自由度之间的耦合,推导了连接元的刚度矩阵。用上述方法辨识了铰链副6个自由度的刚度参数,得到满意的辨识结果。     

裂纹扩展独立于网格的一种有限元单元子划分方法

提出了一种有限元模拟裂纹扩展的单元子划分结合子结构的方法。本方法中,裂纹可以进入或穿过一个单元,或沿单元的边界扩展,因此裂纹可以沿任意路径扩展而不受初始网格的限制。对上述几类包含裂纹的单元按照裂纹的路径进行子划分,覆盖一条裂纹的所有子划分单元就组成了一个子结构,子结构规模随裂纹的扩展而增大。子结构中因单元子划分而新增的结点自由度,通过自由度的凝聚用初始网格结点的自由度表示,因此结构整体分析的总自由度不变。以上述方法为基础建立了裂纹萌生和扩展的准则。用本文的方法分析了单（双）材料无限大平面中心（界面）裂纹的裂尖场,验证了本文方法的精度,并模拟了颗粒复合材料中微裂纹在颗粒、基体和界面中逐步扩展的过程,考核了本文方法对复杂裂纹扩展问题模拟的适用性。     

空间框架建筑结构静力分析的超级元法解

本文发展一种建筑结构简化计算的新方法，这种方法的整体结构分析按其连续化分单元（超级元）进行，但单个构件又按常规有限元计算，故应用于复杂的空间框架结构提供了一种自由度及工作量极少又适用性强的高效实用分析方法，可望在微机上实现。     

地基不均匀沉降对框架结构影响的有限元分析

利用ANSYS有限元程序分析某三层框架中柱柱脚不同沉降量作用下上部结构产生附加内力的规律.首先,定义"solid65"实体单元建立框架三维整体模型,分析的结果可以供子模型施加切割边界自由度约束时调用.其次,建立精密划分单元的三跨框架梁子模型.从梁纵向钢筋的应力分析结果可以看出,随着中间柱脚处沉降变形的增大,框架梁边柱支...     

超级有限元法在桁架组合结构分析中的应用

本文针对复杂杆系组合结构静动力问题讨论一种简捷有效的数值计算方法——超级有限元法,首先介绍其一般原理,继而针对一大类复杂桁架空间杆系组合结构准三维化处理(用一维变量加以表征),并将其离散成一系列单元,考虑弯曲、剪切、挤压、拉伸压缩、扭转等多种非经典变形效应,通过采用构件端部自由度向超级元自由度的转换而把复杂多构件问题的求解变为少量一维结点变量问题的求解,既达到了简化的目的,又保证了精度,而且可方便地与通常的有限元法结合使用。文中还给出了有关杆系组合结构分析的数值算例。     

大跨板片空间结构的超级有限元分析

板片空间结构是一种新型的结构体系，它是以一系列小板为基本构件，通过适当组合形成的具有空间受力性能的结构形式。本文在对这类结构有限元分析的基础上，应用超级元分析的基本思想，对这类结构进行了分析，给出了这类结构超级元分析方法的基本公式。算例分析结果表明：与一般有限元法相比，超级元法大大节省了计算量，结点自由度下降了二个数量级，且分析结果和有限元法基本吻合，为这类大跨空间结构应用微机分析提供了一个新的方法。     

大跨板片空间结构的超级有限元分析

板片空间结构是一种新型的结构体系，它是以一系列小板为基本构件，通过适当组合形成的具有空间受力性能的结构形式。本文在对这类结构有限元分析的基础上，应用超级元分析的基本思想，对这类结构进行了分析，给出了这类结构超级元分析方法的基本公式。算例分析结果表明：与一般有限元法相比，超级元法大大节省了计算量，结点自由度下降了二个数量级，且分析结果和有限元法基本吻合，为这类大跨空间结构应用微机分析提供了一个新的方     

抗泥石流冲击吊脚楼房屋结构竞赛模型设计

介绍了一种抗泥石流冲击吊脚楼房屋结构竞赛模型的设计方案.该方案采用框架结构,在底层空心楼面梁中内置了能量转换梁,能量转换梁上表面在上部子结构柱支承处设置有斜面,能量转换梁在撞击后产生水平位移的同时能够带动上部子结构的升高,将外部撞击的水平动能转换为上部子结构升高所需的势能.给出了这种结构的细部构造设计方案,并进行了力学的概念分析和简化的结构计算.实验表明模型结构的抗撞击性能良好.     

复杂链式结构动力分析中的直接迁移子结构方法

本文将频响函数和迁移矩阵引入子结构方法中，提出简单高效的直接迁移子结构方法。当子结构中内部自由度很大时，用这种方法进行链武结构的动力特性分析和求解谐和激励响应时依然能保持很高的计算效率和精度。而且有限元分析或试验得到的各子结构数据相互独立，因此对结构的不同组合进行分析只需改变相应连接条件；当结构有局部修改时也只需修正相应子结构的数据。这些特性对复杂链武结构动力优化和抗震设计问题十分有利。最后的数值算例说明了所提出方法的优越性及其在工程中的实用性。     

Constrained Substructure Model Updating Method Based on Local Mode

针对局部子结构为修正对象的情况提出了约束子结构修正法,实现只利用整体结构模态中对 应子结构部分的模态即可以修正子结构模型. 由脉冲响应结合特征系统实现法识别出子结构的低阶模态; 结合识别的模态和整体结构理论模型的高阶模态构造整体结构对应子结构位置的柔度矩 阵;利用柔度矩阵的物理意义,在子结构的边界上施加数值支座,把子结构从整体结构 中隔离出来成为约束子结构,同时构造出约束子结构的柔度矩阵;利用灵敏度的方法根 据构造出的约束子结构柔度矩阵,优化修正约束子结构,即间接等效地修正子结构模型. 通过一个平面桁架结构验证了约束子结构模型修正法的可行性与有效性,即使在5%或 10%的噪声影响下,仍能得到满意的修正结果. 关键词 模型修正,柔度矩阵,约束子结构,灵敏度,修正单元力     

基于静力残余力向量的结构损伤评估方法

残余力向量法是一类常用的损伤识别方法,现有的残余力向量法都是基于动力测试的模态参数,和动力测试数据相比,静力测试数据往往精度更高,且无需模态分析等复杂操作.鉴于此,本文提出一种静力残余力向量法用于结构损伤评估.所提方法利用静力测试位移数据,并结合结构有限元模型的刚度矩阵,定义了静力残余力向量,根据该向量中不为零的元素来判断损伤自由度,再根据自由度和单元之间的对应关系来确定发生损伤的位置,并进一步提出一种求解损伤参数的代数解法.另外,针对实践中角位移难以测量的情况,进一步提出了一种静力缩聚残余力向量法,拓宽了所提方法的应用范围.以桁架结构和梁结构模型为例对所提方法进行了验证,数值算例结果说明所提方法合理有效.     

Method of reverberation ray matrix for static analysis of planar framed structures composed of anisotropic Timoshenko beam members

Based on the method of reverberation ray matrix(MRRM), a reverberation matrix for planar framed structures composed of anisotropic Timoshenko(T) beam members containing completely hinged joints is developed for static analysis of such structures.In the MRRM for dynamic analysis, amplitudes of arriving and departing waves for joints are chosen as unknown quantities. However, for the present case of static analysis, displacements and rotational angles at the ends of each beam member are directly considered as unknown quantities. The expressions for stiffness matrices for anisotropic beam members are developed. A corresponding reverberation matrix is derived analytically for exact and unified determination on the displacements and internal forces at both ends of each member and arbitrary cross sectional locations in the structure. Numerical examples are given and compared with the finite element method(FEM) results to validate the present model. The characteristic parameter analysis is performed to demonstrate accuracy of the present model with the T beam theory in contrast with errors in the usual model based on the Euler-Bernoulli(EB) beam theory. The resulting reverberation matrix can be used for exact calculation of anisotropic framed structures as well as for parameter analysis of geometrical and material properties of the framed structures.     

Free vibration analyses by boundary element method using component mode synthesis

The boundary element method for dynamic analysis of two dimensional structures was developed by Nardini and Brebbia in 1983. Free vibration analysis of structures by BEM results in a generalized eigenproblem with coefficient matrices nonsymmetric and full. So, it costs a lot of CPU time to solve the eigenproblem. In order to reduce the cost the improved free interface coupling method has been adopted. By aid of lower eigenvectors and residual modes the degrees of freedom of substructure equaion of dynamic equilibrium can be reduced. By assembling the reduced substructure equations, the system of equations for the whole structure will be obtained. By using the traction and displacement compatibility conditions on the interface, the second transformation matrix has been developed for further reduction of system equations. The technique has been applied to some specific examples which give the evidence that the method is satisfactory and efficient.     

模拟裂纹扩展的一种有限元局部动态子划分方法

提出了一种有限元子划分结合子结构的方法来模拟裂纹扩展问题。提出的方法中,将单元分为三类:被裂纹贯穿的单元,包含裂尖的单元和常规单元。对前两类单元进行子划分,每个单元的归类随裂纹的扩展而动态变化。覆盖一条裂纹的前两类单元子划分后构成一个子结构,子结构也是动态的,跟随裂纹的扩展而逐步扩大。本文的方法可以使裂纹沿任意路径扩展而不受初始网格的限制,裂纹扩展后无需对结构整体的网格重划分,结构整体分析的总自由度也不变。用该方法计算无限大平面中心裂纹的应力强度因子,模拟三点弯梁跨中裂纹的扩展,验证了计算精度,并进一步用该方法模拟了非均质材料中裂纹的扩展,考核了对复杂裂纹扩展问题的适用性。     

基于滑模理论的建筑结构分散稳定控制

基于大系统分散控制思想,将大尺度高阶建筑结构系统分解为多个子结构系统;子结构之间的相互耦合作用视为有界广义力,得到以状态方程形式的子结构模型。利用滑模理论的抗摄动条件,设计具有全局稳定的子结构滑动模态轨迹,利用子结构系统局部状态实现全局稳定的控制力条件,并以参数ρi实现各子结构间的调节,建立稳定的分散控制格式。在控制算法中采用了准滑模控制方法,克服变结构滑动模态中的抖振影响。利用本文方法,对20层钢结构基准模型在地震激励下的控制进行设计并数值仿真,验证了该方法的有效性。     

含铰接杆系结构几何非线性分析子结构方法

将细长杆系结构按长度方向划分为多个子结构,由于在子结构坐标系下的节点位移均是小位移,可以将子结构内部自由度凝聚到边界. 考虑到子结构端面在变形过程中保持为刚性截面,将端面节点自由度进一步凝聚到端面形心点,这样每一个子结构就减缩成形式上只有两个节点的广义梁单元,大大减缩了自由度. 大位移大转动是细长杆系结构产生几何非线性效应的一个重要原因,基于共旋坐标法,建立了随单元一起运动的随动坐标系,推导了子结构单元的节点力平衡方程及其切线刚度阵. 同时,考虑到工程机械中细长杆系结构含有相互铰接的刚体加强块,给出了非独立自由度节点力转换到独立参数下的广义节点力及其导数. 最后,通过履带式起重机的副臂工况算例,给出了其在不同载荷下的臂架结构位移,验证了方法的正确性.      

An analytical model for dynamic response of beam-column frames to impulsive ground excitations

The response of building frames under impulsive ground excitations is complicated by the contributions from both global and local (member level) dynamic responses of the system, as evidenced in previous numerical simulation studies and laboratory tests. Therefore, a simplified analytical approach needs to accommodate both global and local dynamic responses in the model, as opposed to the well established single-degree-of-freedom representation in typical seismic response analyses. This paper proposes a simplified model incorporating a beam-column element with additional concentrated mass and springs at the member ends to facilitate the interaction between the global and local dynamic responses. To take into account the shear deformation and rotary inertia, the model is formulated using Timoshenko beam theory. It provides a general solution to this category of dynamic response analysis problems. With this model, the significance of the global and local dynamic responses for ground shocks with different frequency characteristics is evaluated. It is shown that with the decrease of the main pulse duration (or increase of the primary frequency), the dynamic response tends to be dominated by the member vibration, while the shear effect becomes increasingly significant. General recommendations are also given with regard to the determination of the concentrated mass and the spring constants in the analytical model and the sensitivity of the computed responses to these parameters.     

Strain-based geometrically nonlinear beam formulation for modeling very flexible aircraft

This paper introduces a strain-based geometrically nonlinear beam formulation for structural and aeroelastic modeling and analysis of slender wings of very flexible aircraft. With beam extensional strain, twist, and bending curvatures defined as the independent degrees of freedom, the equations of motion are derived through energy methods. Some special treatments are applied to the formulation to effectively model split-beam systems and beam configurations with multiple nodal displacement constraints. Using the strain-based formulation, solutions of different beam configurations under static loads and forced dynamic excitations are compared against ones from other geometrically nonlinear beam formulations.