连续阶梯梁影响线方程的奇异函数法研究

 介绍了奇异函数的特性，通过奇异函数给出了单跨梁的影响线表达式， 建立了连续阶梯梁影响线计算公式，形式简单统一，便于编制程序进行电算. 最后 给出了该方法的应用实例.     

变刚度梁挠度曲线的Green函数法求解

在变刚度梁的线弹性问题中,求解梁受静力荷载的挠度曲线常用解法有积分法与单位荷载法.本文从变刚度梁挠度曲线的微分方程出发,给出了变刚度梁挠度曲线的Green函数法解答,并分析了该解法的优点.从推导结果可以看到,本文提出的公式具有统一、精确、简洁、适合电算的特点,在编制杆系结构计算软件中将具有重要应用价值.     

用切比雪夫多项式研究短梁的弯曲计算

考虑剪切效应,利用切比雪夫多项式构造严格满足表面切应力边界条件的轴向位移表达式,建立了短梁弯曲问题的新理论．利用奇异函数把作用在短梁上的复杂外载荷表示为分布载荷,推导出了短梁弯曲时的截面正应力公式及挠曲线表达式．把采用切比雪夫多项式推导出短梁的弯曲计算公式计算结果与弹性理论计算结果进行比较,可知该方法的计算精度较高．研究结果表明：在复杂外载荷作用下,当长高比小于等于6时,剪切变形对梁的弯曲挠度影响较大,而当长高比小于3时,剪切变形对梁的弯曲应力影响较大;因此建议采用切比雪夫多项式方法给出的挠度表达式、弯曲应力进行计算,因为切比雪夫多项式方法不但给出了复杂外载荷作用下梁截面挠度、弯曲应力的计算通式,而且该方法具有计算过程简便、精度高的优点．     

变截面Timoshenko梁的单元刚度矩阵

变截面构件在工程中应用广泛,在对变截面梁进行数值计算时,需要建立变截面梁单元的刚度矩阵。该文采用势能驻值原理,考虑了轴力引起的几何非线性和剪切变形的影响,将梁截面刚度的变化率作为小量,得到了近似到二阶的单元刚度矩阵。在构造位移模式时,从梁的微分平衡方程出发,得到同样近似到二阶、分别以三次和五次多项式表示的剪切和弯曲位移模式。该文还证明了单元刚度矩阵的奇异性,给出了轴压刚度的表达式,定量论证了与某些精确解的误差,表明在一定范围内,该文的结果具有足够的精度。最后以一个计算实例说明该文的单元刚度矩阵具有较快的收敛性。     

双轴反复荷载作用下钢筋混凝土空间框架结构滞回全过程分析

实际地震中结构所承受的地震作用是多维的。结构的恢复力特性是反映其抗震性能的一个重要属性。对地震作用下钢筋混凝土柱、梁塑性铰区的计算模型进行了分析,给出了塑性铰区等效长度的简便计算公式;建立了“有限纤维”空间线性梁单元模型并推导出了其刚度矩阵;使用“弥散法”来考虑梁锚固钢筋在结点区的粘结滑移对结构整体变形的影响。最后使用空间杆系模型对一承受双向反复荷载的框架结构进行了计算分析。分析表明所建立的计算模型是精确有效的。     

一种考虑剪切变形的平行四边形厚/薄板通用单元

根据Timoshenko二广义位移梁理论，构造了深梁位移场的插值函数。利用斜坐标系与直角坐标系的变换关系、有限条带思想和深梁位移插值函数，构造了一种考虑剪切变形的平行四边形厚／薄板弯曲通用单元的位移(曲率、剪应变、转角、横向位移)插值函数，导出了刚度矩阵和非结点荷载等效力。并对简支阍支方板、Razzaque斜板、四边简支斜交板弯曲进行了数值计算。算例表明此单元有较好的精度，对于薄板不出现剪切闭锁，可适应于目前桥梁建设中大量采用的斜交板桥结构分析。     

考虑桥梁约束的桥墩复合基频近似算法

针对实际工程中桥梁上部结构对桥墩顺桥方向振动具有不可忽略的约束作用,在能量法的基础上推导出了顶端受桥梁约束的桥墩复合振动基频计算公式.将基频表示成各惯性元和复原元所组成子系统的频率合成,其中惯性元为桥墩自身分布质量和顶端附加质量,复原元为约束的变形、桥墩的弯曲变形和剪切变形.然后用有限元建模来验证该方法,并分析了顺桥方向约束刚度和墩顶附加质量对桥墩基频的影响.计算结果表明,导出的公式具有足够的精度,可以满足一般工程的要求.     

弹簧地基上大直径单桩海上风机的一阶自振频率

自振频率是海上风机前期动力设计的主要难点之一,计算精度要求极高,而桩-土相互作用对自振频率影响显著。目前,针对桩-土相互作用普遍采用弹簧地基简化模型,为对比分析不同弹簧地基简化模型的准确性和精度,本文采用回传射线矩阵法,建立固定端、单弹簧、双弹簧和三弹簧这4种地基简化模型,基于Bernoulli-Euler梁理论和Timoshenko梁理论,求解风机系统的自振频率,并与风机基频实测值作对比,进一步分析三弹簧简化地基模型中地基旋转刚度、地基耦合刚度和地基水平刚度对风机系统基频的影响。研究结果表明,桩-土相互作用不可忽略,三弹簧地基简化模型计算风机系统基频精度最高;地基刚度对风机系统基频的敏感性次序为,地基耦合刚度>地基旋转刚度>地基水平刚度;当地基旋转(水平)刚度较小时,地基耦合刚度与地基旋转(水平)刚度的耦合效应对风机系统的基频影响较大;地基耦合刚度与地基旋转刚度的耦合效应对风机系统基频的影响程度大于地基耦合刚度与地基水平刚度的耦合效应。     

任意分布参数的梁结构刚度可靠性灵敏度分析

在刚度可靠性设计理论与灵敏度分析方法的基础上,研究了任意分布参数的梁结构刚度可靠性灵敏度分析问题,提出了刚度可靠性灵敏度分析的计算方法,给出了可靠性灵敏度的变化规律,研究了设计参数的改变对梁结构刚度可靠性的影响,为任意分布参数的梁结构刚度可靠性设计提供了理论依据。     

精确频率约束下框架结构的尺寸优化

本文研究受到频率约束的框架结构优化设计问题,采用基于Bernoulli-Euler梁的动力刚度法求解框架结构的自振频率,采用W-W算法精确求解自振频率及频率对设计变量的灵敏度.分析比较了将框架结构的杆件按普通静刚度梁单元和动力刚度梁单元分别建立计算模型时得到的频率分析结果.以杆件面积为设计变量,以结构重量为优化目标,对基频约束下的框架结构进行了尺寸优化,比较了节点集中质量对优化结果的影响.通过2个数值算例,验证了动力刚度阵法在框架结构频率性能分析与优化设计中的适用性,并具有较高的计算精度.     

纤维增强层合梁的刚度系数与振动方程

本文给出了一般的纤维增强层合梁的扭转刚度、弯曲刚度及各种耦合刚度的计算方法,建立了这类梁的一般振动问题的基本方程组,讨论了这一方程组在实际问题中的各种特例及应用问题。     

部分正交升阶谱圆筒壳元素及其在固有振动中的应用

本文构造了一族圆筒壳的部分正交升阶谱协调元素,具体给出了位移函数、均匀圆筒壳刚度与质量矩阵中对应于高阶插值函数的自由度部份的统一显表达式,以保证刚度与质量矩阵的计算精度和推迟矩阵方程出现病态情况,从而能充分发挥该元素的p-收敛特性的优点.然后,用该族元素计算了等厚度、轴向与环向变厚度圆筒壳的固有振动频率和振型,并给出了它们随厚度变化而改变的趋势.结果表明,与其它元素相比,本文元素具有带宽较小、收敛速度较快、计算效率较高等优点.     

波形钢腹板PC组合箱梁的动力特性研究

通过对30m波形钢腹板PC组合箱梁的模态特性进行有限元分析和试验研究,了解这种钢-混组合结构的固有振动特性,为波形钢腹板PC组合箱梁的动力响应分析与抗震设计提供依据.研究表明,波形钢腹板PC组合箱梁的动力特性与一般的混凝土梁相比存在很大的差异,波形钢腹板PC组合箱梁结构的横向刚度和扭转刚度都比较小,在设计中必需予以重视.波形钢腹板PC组合箱梁的固有振动频率公式计算的基频结果与模态试验结果十分吻合,可用来计算波形钢腹板PC组合箱梁的基频.     

基于振动理论的索力求解的一个实用计算公式

将固支欧拉梁的振型函数作为两端固结拉索的振型函数,运用能量原理,推导该类拉索的索力实用计算公式.根据频率特征方程的解随频率阶次的变化规律,引入频率阶次参数,化简实用公式并将其与两端简支拉索的计算公式统一起来,从而建立了一个形式简单、所需计算参数少而又具有较高精度的索力计算公式.使用该公式可在测试现场快速、方便、准确地识别出不同长细比、抗弯刚度、边界条件拉索的索力.     

双材料单伸臂叠合梁的界面滑移与自振特性分析

将叠合梁划分为接触区和分离区,接触区界面间的摩擦作用会对叠合梁的滑移、刚度和自振频率产生影响。本文给出了单伸臂叠合梁在均布荷载和集中力作用下,考虑叠合界面摩擦作用的滑移应变和滑移分布的表达式;推导了考虑叠合界面间摩擦力及摩擦力产生的抵抗弯矩共同作用下的截面刚度。假设梁按等波长和等刚度两种形式自由振动,运用传递矩阵法推导出了单伸臂叠合梁自振频率的计算公式。最后,基于一个钢-混凝土组合与叠合试验梁的算例分析了滑移沿梁长的分布及自振频率。结果表明:随界面间摩擦系数的增大,接触区界面的滑移值逐渐减小;摩擦效应对叠合梁自振频率的影响随阶次的升高越来越明显。     

结构安全性设计的通用表达式

针对现行结构安全性设计表达式在灵活性、通用性、可靠度控制方面的缺陷以及国际标准中设计值法在实用性方面的不足,提出了结构安全性设计的通用表达式。根据计算可靠指标的JC法和作用的随机过程组合方法,建立了基本变量设计值与基本变量概率特性、目标可靠指标、设计使用年限之间的函数关系;将设计值表达为基准设计值与分项系数的乘积,给出了两者的计算公式;最后按此设计值的形式提出了结构安全性设计的通用表达式。对比分析表明通用表达式具有如下优点:可直接考虑基本变量概率特性、目标可靠指标、设计使用年限对设计结果的影响;可完整考虑各种不确定性的影响,包括作用效应分析中计算模式、相关结构性能不确定性的影响;在各分项系数中可全面反映目标可靠指标的影响,更好地实现对可靠度的控制;可合理设置不同基本变量的设计使用年限系数;可统一作用、抗力代表值的取值方法,提高设计人员调整分项系数的可行性。研究结果为建立结构安全性设计的通用方法提供了参考。     

多分辨率Timoshenko梁单元

基于Timoshenko梁的假定,通过基本节点形函数的扩展,并在梁区域上进行伸缩和平移,本文构建了基函数系,由此生成相互嵌套、逐级包含的位移空间序列,最后,采用最小势能原理,得到梁的平衡方程,从而构造了多分辨率Timoshenko梁单元。该单元具有如下特性：1．可通过自由调节单元分辨率的大小来增减单元的网格节点数量,从而调整单元的计算精度,其精度与相同网格划分条件下任意多个传统梁单元计算的相一致;2．经重新划分网格后的单元整体刚度、质量矩阵及等效节点荷载向量可直接获得,不像传统梁单元那样需要重新生成;3．与传统梁单元一样可以很方便地处理各种边界条件。本文首次将多分辨率概念引入到传统的Timoshenko梁单元中,并构建了梁结构网格划分的数学依据—位移空间序列,同时,揭示了共同节点可以采用人工叠加方法形成整体刚阵的缘由—连续的节点扩展形函数。     

考虑恒载效应对梁静力反应影响的有限元分析

从非线性弹性理论出发,应用Hamilton原理,采用三次多项式作为位移函数给出了考虑恒载效应影响的一般形式的单元刚度矩阵,建立了考虑恒载效应影响时梁静力分析的有限元方法,为解决各种不同构造、荷载类型、刚度变化、边界条件下的实际结构考虑初始恒载影响提供了有效的工具。讨论了在分布和集中两种恒载类型条件下恒载大小、结构自身刚度（惯性矩、惯性半径、跨度）等因素对各类梁（简支梁、两端固支梁、悬臂梁）静力反应的影响,结果表明：梁自身的刚度会对恒载效应造成影响,结构越柔（约束越弱、或惯性矩越小、或跨度越大、或回转半径越小）,这种影响越大。验证了初始恒载的存在减小了梁在活载作用下的静力反应,并且这种影响与恒载的大小及结构自身的刚度有关。     

多室弯箱力学参数的非线性动态Markov优化识别研究

对于多室弯箱结构,基于误差理论建立了多室弯箱力学参数的非线性动态Markov误差函数和方差计算公式,并根据正交函数系理论推导了固体壳单元计算列式;利用直接优化理论研究了多室弯箱力学参数的动态识别方法,其中最优步长采用一维自动寻优方案确定。同时给出了多室弯箱力学参数的非线性动态Markov优化识别的具体步骤,并研制了相应的计算程序。研究结果表明:基于正交函数系理论构造的固体壳单元是正确的;动态误差函数能同时考虑多位移考察点和多量测次数的系统响应信息;直接理论用于多室弯箱力学参数的非线性Markov优化识别时表现出良好的数值稳定性和收敛性,具有较高的计算效率。     

局部裂纹损伤简支梁的曲率模态特性

将裂缝损伤简化成矩形凹槽,采用delta函数表示简支梁的裂纹损伤位置,得到了全梁范围内截面转动惯量和单位长度质量的表达式,建立了局部裂缝损伤简支梁的横向自由振动方程.利用摄动方法给出了裂纹摄动项的一般表达式,根据摄动项和完整梁都同时满足边界条件的特点,将一阶和二阶摄动项都表示成完整梁模态的线性组合,结合delta函数的性质,最终获得了受损简支梁的特征值和模态振型的解析表达式.最后,通过数值计算得到结构模态参数,对比了一阶摄动和二阶摄动对计算结果的影响,分析了不同阶固有频率和模态曲率的变动量,为简支梁的损伤监控和检测提供了理论依据.