模态加速度法在屋盖结构风致响应分析中的应用

对大跨屋盖结构应用模态加速度法新的表达式改进风致响应计算。推导了结构风致响应分析的模态加速度方法。对一平顶屋盖刚体模型进行了风洞试验，考虑到随机风荷载的空间相关性，试验中利用同步测量的脉动风压和结构模态获得随时间变化的广义力。对屋盖均方根响应进行了讨论，说明了本文所提方法的有效性。     

基于模态缺陷的受压球壳屈曲特性研究

针对受压球壳非线性屈曲过程，对含初始缺陷受压球壳的稳定性进行研究。根据EN1993-1-6（2007）规范，给出不同制造等级壳体的等效缺陷值计算方法；基于线性特征值分析的模态构型给出初始缺陷的分布。利用非线性有限元弧长法对球壳受压失稳过程进行数值模拟，得到屈曲前后球壳变形情况及全过程载荷-位移曲线。计算一致缺陷模态法和N阶缺陷模态法对应的球壳屈曲临界载荷，结果表明，受压球壳对缺陷较敏感，承载能力随缺陷值增大而降低；一致缺陷模态法计算便捷，在工程应用上具有合理性，N阶缺陷模态法考虑高阶模态缺陷构型，结果更加全面，可以为工程中缺陷结构稳定性设计提供参考。     

纯压钢管拱稳定临界荷载计算的等效柱法

以均布荷载下的抛物线钢管拱为研究对象,在考虑双重非线性的有限元分析基础上,讨论了完善拱和有初始几何缺陷的拱的弹性失稳和弹塑性失稳的特性,提出纯压钢管拱稳定临界荷载计算的等效柱法.分析结果表明,矢跨比是计算拱临界荷载的重要影响因素,而现有等效柱法中没有考虑这一因素的影响,为此,提出等效柱的稳定系数中考虑矢跨比影响的计算方法.有初始几何缺陷的拱将发生极值点失稳,且极值点荷载要小于分支屈曲临界荷载,为此提出缺陷拱等效柱法考虑缺陷影响的计算方法.给出了钢管拱失稳临界荷载等效柱法计算的相应公式和实用表格.与双重非线性有限元计算结果对比表明,提出的等效柱法能方便且较精确地估算钢管拱的非线性临界荷载.     

钢管混凝土纯压拱失稳临界荷载计算的等效柱法

在双重非线性有限元分析的基础上,进行了钢管混凝土纯压拱失稳临界荷载的简化计算方法——等效柱法的研究,提出了等效柱法中考虑矢跨比影响的稳定系数K₁ 以及考虑初始几何缺陷影响的折减系数K₂及其与现有规范相对应的计算公式。与有限元计算结果的对比表明,采用考虑矢跨比因素的稳定系数的等效柱法能较精确地估算钢管混凝土纯压拱的非线性失稳临界荷载,且计算精度受含钢率和钢材种类变化的影响较小。     

块Lanczos法在大跨屋盖风致响应中的应用

提出块Lanczos向量直接叠加法分析大跨屋盖结构的风致响应.将适用于单个初始荷载向量的Lanczos方法推广到由多个初始荷载向量线性组合的一般动力荷载情况.由于不仅Lanczos块内的向量之间相互正交,而且Lanczos块之间也相互正交,屋盖结构的运动方程变换为块三对角矩阵的带状形式.这个途径不仅便于有效地应用时间域逐步积分解法,而且便于应用频率域解法.对脉动风荷载作用下的屋盖结构,多个初始荷载向量可应用本征正交分解得到.它将风压场分解为主坐标与协方差模态的组合,主坐标仅依赖时间而协方差模态仅依赖空间位置.根据圆拱顶屋盖模型风洞试验得到的风荷载,采用块Lanczos法、一般的Lanczos法以及传统的模态叠加法计算了屋盖竖向位移响应.对块Lanczos法的精度及效率作了讨论.     

大跨屋盖结构考虑模态耦合的等效静力风荷载

基于荷载响应相关法提出了一种计算大跨屋盖结构等效静力风荷载的新方法. 该方法不 再分别计算结构的背景响应和共振响应，而是采用完全二次型组合法直接计算结构的整体动 态响应；而且这种方法能够考虑多阶模态的贡献和各阶模态响应间的耦合效应. 最后，将一 大跨屋盖结构(深圳市民中心)作为实际工程应用案例，计算了它的等效静力风荷载，并将 其与其他方法的计算结果进行比较，以验证方法的有效性.     

基于模态缺陷的受压球壳屈曲特性研究

针对受压球壳非线性屈曲过程,对含初始缺陷受压球壳的稳定性进行研究。根据EN1993-1-6(2007)规范,给出不同制造等级壳体的等效缺陷值计算方法;基于线性特征值分析的模态构型给出初始缺陷的分布。利用非线性有限元弧长法对球壳受压失稳过程进行数值模拟,得到屈曲前后球壳变形情况及全过程载荷-位移曲线。计算一致缺陷模态法和N阶缺陷模态法对应的球壳屈曲临界载荷,结果表明,受压球壳对缺陷较敏感,承载能力随缺陷值增大而降低;一致缺陷模态法计算便捷,在工程应用上具有合理性,N阶缺陷模态法考虑高阶模态缺陷构型,结果更加全面,可以为工程中缺陷结构稳定性设计提供参考。     

几何缺陷浅拱的动力稳定性分析

研究了几何缺陷对粘弹性铰支浅拱动力稳定性能的影响。从达朗贝尔原理和欧拉-贝努利假定出发推导了粘弹性铰支浅拱在正弦分布突加荷载作用下的动力学控制方程,并采用Galerkin截断法得到了可用龙格-库塔法求解的无量纲化非线性微分方程组。同时引入能有效追踪结构动力后屈曲路径的广义位移控制法,对含几何缺陷浅拱的响应曲线进行几何、材料双重非线性有限元分析。用这两种方法分析了前三阶谐波缺陷对浅拱动力稳定性能的影响,其中动力临界荷载由B-R准则判定。主要结论有:材料粘弹性使浅拱动力临界荷载增大且结构响应曲线与弹性情况差别很大;二阶谐波缺陷影响显著,它使动力临界荷载明显下降且使得浅拱粘弹性动力临界荷载可能低于弹性动力临界荷载。     

以Lanczos向量直接叠加法确定圆拱顶屋盖风致响应

提出以Lanczos向量直接叠加法确定大跨屋盖结构的风致响应。传统的模态叠加法中无法保证精确计算的特征向量一定能够参与动态响应。与传统模态叠加法不同,在生成正交的Lanczos向量算法中只产生在荷载展开式中有较大参与系数的向量,并用于后续的模态叠加法之中。产生第一个Lanczos向量的空间向量来自于屋盖风压场的本征正交分解(POD)。利用同步多点压力扫描技术对一个圆拱顶屋盖进行了风洞试验。利用所提出的方法分析了屋盖风致响应,并与传统方法以及采用平均风荷载作为空间向量的Lanczos向量直接叠加法进行了比较,说明了本文方法的有效性。     

大跨屋盖结构风振响应主要参振模态确定方法研究

合理选取主要参振模态是保证大跨屋盖结构风振响应计算精度的关键问题。本文以模态空间分布与风荷载空间分布相关性强弱作为选取主要参振模态的依据,考虑到屋盖结构表面风荷载分布的不确定性,提出了通过低阶主要贡献模态间接寻找风荷载强相关高阶模态的思想,首先实现对高阶参振模态数量的缩减。在此基础上,结合低阶参振模态,通过对模态响应方差矩阵的简化处理,构造了其等效矩阵,根据等效矩阵中对角线元素定义了模态参与系数,通过该系数能够方便的实现对主要参振模态的选取。最后,通过国家体育场屋盖主结构的风振响应分析对所提出方法的有效性进行了验证。     

NONLINEAR STRAIN COMPONENTS OF GENERAL SHELLS WITH INITIAL GEOMETRIC IMPERFECTIONS

On the basis of nonlinear strain component formulations of three-dimensional continuum, this paper has derived the nonlinear strain component formulations of shells with initial geometric imperfections. The derivation is not confined to a special shell, therefore they possess general properties. These formulations provide the theoretical basis of the strain analysis for geometric nonlinear problems of shells with initial geometric imperfections     

Effects of initial geometric imperfections on dynamic behavior of rectangular plates

The present work deals with the influence of initial geometric imperfections on the dynamic behavior of simply supported rectangular plates subjected to the action of periodic in-plane forces. The nonlinear large-deflection plate theory used in this analysis corresponds to the dynamic analog of von Karman's theory. The temporal response is analyzed by the first-order generalized asymptotic method. The solution for the temporal equations of motion takes into account the possibility of existence of simultaneous forced and parametric vibrations. The results indicate that the presence of initial imperfections may significantly raise the resonance frequencies, cause the plate to exhibit a soft spring behavior and improve slightly the stability of the plate by reducing the area of its instability zones. Furthermore, the presence of initial imperfections induces forced vibrations which interact with parametric vibrations in order to generate a competitive hesitation phenomenon in the transition zone.     

有初始几何缺陷的壳体弹塑性大变形分析

本文在等温小变形弹塑性内时本构方程偏量形式的基础上，导出了适用于大位移、大转动、小应变分析的弹塑性内时本构方程，进一步推导出了带有初始几何缺陷的非线性弹塑性问题的有限元方程，可用于分析缺陷对结构非线性弹塑性反应的影响，也可用于带缺陷的非线性问题求解及稳定性分析．     

薄壁圆筒壳初始几何缺陷不确定性量化的极大熵方法

针对薄壁圆筒壳结构轴压屈曲载荷的缺陷敏感性以及真实几何缺陷的不确定性,提出一种基于实测缺陷数据和极大熵原理的初始缺陷建模与屈曲载荷预测方法。首先,将初始几何缺陷视为二维随机场,并利用实测缺陷数据和Karhunen-Loève展开法将初始缺陷的随机场建模转化为随机向量的建模;其次,利用极大熵方法确定随机向量的概率分布;最后,基于所构建的初始缺陷随机模型,利用MCMC抽样方法和确定性屈曲分析方法,进行随机屈曲分析并给出基于可靠度的屈曲载荷折减因子。数值算例表明,与直接假设随机场相关结构的方法相比,本文方法的结果是对薄壁圆筒壳屈曲载荷的一个更无偏估计。     

Elimination of periodic coefficients from the equations of motion of asymmetric shafts in anisotropic bearings

Summary A method is given for eliminating periodic coefficients from rotordynamic systems in which imperfections are accounted for simultaneously in the stationary and rotating components. It is well known that periodic coefficients are unavoidable in such systems whether the equations of motion are formulated in the stationary frame or the rotating frame of reference. Since such equations are more difficult to solve compared to those with constant coefficients, it is desirable to devise a transformation procedure which eliminates periodic coefficients from the governing equations. In this paper, such a procedure is presented. A considerable simplification is thereby obtained of the equations of motion of rotating machinery in which imperfections exist stators and rotors.     

考虑内部胞元能量等效的代表体元法

具有周期性胞元的超轻质材料在制造和应用过程中,不可避免地会出现基体材料、微结构拓扑和尺寸的随机性变化.此时,评价材料的等效弹性性能需要借助基于均匀化方法(周期性边界条件)或代表体元法(周期性边界条件,均匀应力或均匀应变边界条件等)的蒙特卡洛模拟.该文首先通过算例分析和比较了不同边界条件下的数值结果,讨论了结果的尺度效应和对胞元选取的依赖性.为了提高和改善Dirichlet边界条件下的计算效率和结果,提出了一种考虑内部胞元能量等效的代表体元法.该方法能够有效削弱边界条件和胞元选取的影响,从而实现了采用较小的代表体元得到更好的结果.数值算例验证了方法在预测确定性材料和随机性材料等效模量时的有效性.     

Nonlinear vibrations of cylindrical shells with initial imperfections in a supersonic flow

The paper studies the dynamics of nonlinear elastic cylindrical shells using the theory of shallow shells. The aerodynamic pressure on the shell in a supersonic flow is found using piston theory. The effect of the flow and initial deflections on the vibrations of the shell is analyzed in the flutter range. The normal modes of both perfect shells in a flow and shells with initial imperfections are studied. In the latter case, the trajectories of normal modes in the configuration space are nearly rectilinear, only one mode determined by the initial imperfections being stable __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 43, No. 9, pp. 63–73, September 2007.     

有初始缺陷的矩形板非线性屈曲分析

推导出几何非线性和物理非线性且存在初始缺陷的矩形薄板在纵向荷载作用下增量形式的基本微分方程，并用伽辽金配点法求解该方程。数值计算结果与已有文献的理论和实验结果相当一致。     

波纹钢屋盖结构板件相关屈曲的试验研究与分析

拱型波纹钢屋盖结构的受力机理异常复杂，波纹、加工制作过程中产生的变形和残余应力等初始缺陷在理论分析中很难精确定量描述。论文对波纹钢屋盖结构梯形截面板组进行了轴心和偏心压力作用下稳定承载能力的试验研究，并与理论结果进行了比较分析，试验与理论结果吻合较好。试验结果表明波纹板组具有较高的局部屈曲承载能力，但几乎无屈曲后承栽能力，与平板板组屈曲特性相比有显著差异。     

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通过对拱顶储罐罐壁承受轴向载荷、初始几何缺陷及轴压失稳状况研究，指 出在固定顶罐设计、建造和运行各阶段都应进行罐壁轴压稳定性校核. 根据圆柱薄壳稳定性 理论和轴压失稳临界应力数值分析计算结果，提出固定顶罐罐壁轴压稳定性校核方法和数学 模型，并运用回归分析方法建立罐壁轴压失稳临界应力计算公式. 对几种常用规格的拱顶罐 有初始挠度缺陷罐壁轴压稳定性分析表明：随储罐容积和罐壁初始挠度增大，罐壁轴压稳定 性呈减弱趋势.