惩罚线性规划在杆系结构极限分析中的应用

本文使用递减梯度和基变换技术的惩罚线性规划求解杆系结构的极限载荷。应用相应的经过我们补充的计算机程序分别对桁架一刚架与板架进行了实例计算。计算结果表明,不仅与前人计算结果很一致,而且计算工作量也大为减少。本文为线性规划求解杆系结构的极限分析提供了一个有效的方法。     

具有任意连接和约束的空间杆系结构静力分析的回传波矩阵法

本文发展了具有任意连接和约束的空间杆系结构静力分析的回传波矩阵法。以杆端位移和转角为基本未知量,通过结构所有节点的平衡方程和位移协调条件,推导出传递分配矩阵和载荷源向量,并进一步利用设定的同一杆件两个局部坐标系下杆端位移之间的关系,最终得到结构的回传矩阵。据此可求出结构所有杆件的杆端位移及杆端内力。对不同的杆件连接形式,如刚接、铰接、半刚接,以及不同的约束情况,如固定支座、铰支座、定向支座等,本文推导出了空间杆系结构的回传波矩阵表达式,可直接用于相应空间杆系结构内力的计算。同时,针对一个具体刚架结构进行了算例分析,并通过与弯矩分配法和有限元结果的比较,验证了本文方法的精确度。     

网架结构球节点的弹塑性计算和实验

本文用能量法和差分法对网架结构球节点(闭合的完全球壳),进行了弹塑性变形分析和塑性极限分析。用塑性形变理论获得了可以计算受环状集中载荷作用下球壳的弹塑性变形发展情况的方法,并得到较简单的有限形式的极限载荷公式。本文按实际工程尺寸进行了18个钢球壳受环状集中载荷作用的弹塑性实验,并将实验结果与理论计算结果进行了比较和讨论。实验结果与理论分析符合较好。     

结构力学中关于曲杆结构位移计算方法的探讨

在杆系结构位移计算中,鉴于曲杆形心轴和中性轴不重合,曲杆结构位移计算与直杆位移计算不同.本文主要分析了矩形截面曲杆结构在载荷作用、温度改变及支座移动的综合因素作用下其位移计算方法,并建立了相应的计算公式.最后结合具体实例,讨论了曲杆结构形式对各位移值大小的影响程度,研究表明对截面高度与曲率半径比值较小的曲杆(如h RC/5),可近似采用直杆位移公式计算,误差不大.     

对偶变分原理在圆柱薄壳极限分析中的应用

本文介绍了理想刚塑性材料极限分析中上限定律和下限定律的对偶性和变分原理,并推导了圆柱薄壳的极限分析的相应列式。利用这些公式作者计算了静水外压作用下的和部分表面受法向均布载荷的两端刚固的圆柱薄壳的极限载荷和位移机动模式。数值计算结果与实验结果相当吻合,位移机动模式与实验显示的一致。这些表明了本方法具有速度快、费用低、准确可靠等优点,是圆柱薄壳极限分析的新的有效方法。     

半潜式钻井平台管道钢构支架极限强度研究

钢构支架是半潜式钻井平台管道支吊架的主要类型之一,钢构支架的极限强度是管道系统正常工作的重要保障。研究结构极限强度的方法有理论分析、有限元数值仿真和实验分析。在分析极限理论的基础上由静力法计算四种钢构支架试件的极限载荷;利用MSC软件对试件极限载荷进行数值仿真分析,并对有限元模型化技术进行讨论;对试件进行实验极限载荷测试,对比分析了三种方法测得的极限载荷。结果表明,三种分析方法计算得到结构的极限载荷基本一致,对于结构形式较为简单的结构通过理论分析可以得到简化解析解析解;数值仿真分析中采用合理的有限元模型化技术(结构有限元模型、边界、约束等)可得到精度较高的计算结果。     

求解钢压杆极限承载力的有限条塑性系数增量初应力法

本文提出了有限条塑性系数增量初应力法，用于分析钢压杆的弹塑性稳定极限承载力，该法采用分级加载，用有限条法建立结构的增量平衡方程；在塑性范围，引入截面的塑性系数对弹性刚度进行折减得到结构的弹性刚度矩阵；用修正的Ｎｅｗｔｏ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法迭代求解，数值结果表明，本法效率较高，与钢压杆试验结果吻合良好，可以考虑残余应力和载荷偏心的影响，可望实现大型超静定结构的极限载力分析。     

极限分析的弹性补偿法及其应用

有限元法与数学规划法相结合，应用极限上、下限定理，将极限分析归结为求解最优化问题，是目前被普遍应用的极限分析方法，但是该方法受到计算能力的限制，难以应用到实际工程问题中。鉴于此，本文介绍一种基于线弹性分析基础上的简单的求解复杂结构极限栽荷下限、上限的方法——弹性补偿法，同时结合三维有限元分析，求解内压下三通结构的极限载荷。通过与弹塑性分析结果比较发现，简单的弹性补偿法能够很好的评估复杂三雏结构的塑性承载能力。     

基于回传波射矩阵法的空间杆系结构固有特性及结构阻尼影响分析

基于三维杆系结构的回传波射矩阵理论分析了空间框架结构的固有特性.通过获得的确定结构固有频率的矩阵方程,针对一座二层含有完全铰接点和固定铰支座的空间杆系结构,利用频响函数曲线法和求根法两种方法计算了结构的固有频率,并给出了振型结果.与有限元分析软件ANSYS的计算结果比较,表明了本文模型的有效性和计算精度.同时,通过计算阐明了复刚度阻尼对结构共振频率的影响.结果表明,复刚度阻尼能引起结构共振频率的降低.     

带有全铰节点的三维杆系结构静力分析的回传波射矩阵法研究

推导出含有全铰节点的三维杆系结构的回传波射矩阵表达式,完善了具有任意连接和约束的空间杆系结构静力分析的回传波矩阵法.基于节点平衡方程和协调方程,推导出表达杆件近端位移和远端位移关系的传递分配矩阵及载荷源向量,并通过由对偶坐标系下近端位移和远端位移的关系获得结构的总体相位矩阵,再引入转列矩阵,进而推导出结构的回传波射矩阵,在此基础上求解以杆端位移为基本未知量的线性方程组,最终得到精确确定所有杆件的杆端位移及杆端内力的矩阵列式.给出了空间杆系结构算例分析,与有限元结果比较,验证了回传波射矩阵法的计算精度.     

一种非典型含裂纹结构安全性评估方法研究

首先验证了可以按照失效评定图对非典型含裂纹结构进行安全性评估;然后利用两种方法计算失效评定图横轴参数,第一种方法横轴参数基于结构承受载荷与塑性极限载荷之比,第二种方法横轴参数基于热点应力与屈服强度之比。对比两种方法计算的临界载荷,发现第二种方法计算结果更加保守,与第一种方法相对误差小于21%。引入修正公式后第二种方法与第一种方法计算结果相对误差小于0.5%。得出该结构失效评定图横轴参数可基于热点应力与屈服强度之比。     

拉压弹性杆系小变形计算方法研究

先用几何图解法对一简单线弹性杆系变形作分析计算,发现功能原理更可行有效. 方法是假设用一个和载荷P 相垂直的力H（虚拟力）先作用于杆系,根据功能原理导出在载荷P 作用下的位移计算公式. 并把这一方法推广到多个杆件组成的弹性杆系（桁架）中,并建立相应计算公式. 可望实现计算机编程,大大简化这一类问题的工程计算.     

考虑轴向均布载荷时压杆的稳定性计算

为了求得压杆同时承受轴向均布载荷和集中载荷时,临界载荷的计算公式,首先对仅承受轴向均布载荷的压杆,用初参数法,导出了临界载荷特征方程,由软件分析特征方程发现, "固支——定向"、"固支——自由"、"铰支——定向"支承的压杆,轴向均布载荷对其稳定性有明显影响,并求得了临界载荷的近似解;其次采用载荷换算与叠加的方法,求得了压杆同时承受轴向均布载荷和集中载荷时,临界载荷计算的经验公式;最后就"固支——自由"支承的压杆,与其他一些研究结果进行了比较,本文结果与"平均结果"较吻合.     

复合材料加筋板极限压缩承载能力可靠性分析

基于Abaqus软件用户子程序,利用渐进失效分析方法对复合材料加筋板极限压缩承载能力进行预测。算例分析表明,对于加筋板1和2,本文方法给出的极限压缩强度与实验结果的误差分别为2.53%和1.68%。在结构可靠性分析过程中,为提高计算效率,利用屈曲载荷与极限压缩强度之间的关系建立功能函数,只需对极限压缩承载能力进行一次分析。对于加筋板1和2,本文方法相对经典可靠性方法的计算误差分别为-1.04%和-1.01%,计算时间仅为经典可靠性方法的1.18%和1.66%。     

扁壳在任意法向载荷下的极限分析

本文利用对偶变分原理,从极限分析上限定理导得扁壳在任意法向载荷下的极限计算变分公式,通过把扁壳划分为有限元和叠代的方法获得极限载荷的近似值,通过算例显示了这种新的变分方法是解决扁壳极限分析的有效方法,可以用来对飞行器、船舶、防护罩等结构进行极限分析,具有一定现实意义。     

具有任意截面形状的各向异性平面杆系结构静力分析的回传波射矩阵法

基于Timoshenko梁静力理论和各向异性材料的本构关系,对于一般截面形状的杆系结构,推导了杆端内力与杆端位移之间的关系,并给出了作用于杆件上的荷载转化为等效节点荷载的方法.以混合节点为例,根据结构节点的力平衡和位移协调条件,推导了常见形式节点的传递分配矩阵和载荷源向量,进而得到结构的回传波射矩阵列式,求解以杆端位移为基本未知量的矩阵方程,给出了杆端位移和内力的计算公式.文中给出了算例分析.与有限元法数值结果的比较表明,回传波射矩阵法用于分析各向异性材料平面杆系结构的静力问题是有效和精确的.     

关于结构的极限曲面的界限

当应用极限分析的上、下限定理计算结构极限载荷的上、下限时,要求作用于结构上的载荷是按同一比例增加的,即载荷参数只一个.在文献中,讨论了任意载荷组合作用下等厚板的极限载荷的界限.此处从结构的极限分析定理和结构极限曲面的外凸     

用等效弹簧--质量体系确定单自由度结构的自振频率

基于虚功原理, 将不符合单自由度杆系结构自振频率计算公式的单自由度结构, 转化为一个等效弹簧-质量体系, 从而可用该公式计算其自振频率, 扩大了公式的适用范围. 由于用本文方法计算自振频率, 不必建立动平衡方程, 所以较为简便. 本文结果与按照建立运动微分方程得到的结果完全相同.     

刚接与铰接混合连接杆系结构的几何非线性分析

本文提出用子结构原理解决具有刚接与铰接混合连接空间杆系结构的几何非线性分析,实现其非线性稳定性分析的载荷-位移全过程跟踪。该法无须单独推导刚接、铰接以及一端刚接一端铰接单元的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵,而可以直接由空间梁单元退化得到,而且可以将平面问题与空间问题、刚接与铰接混合连接体系进行统一处理,算例表明,本文方法对于杆系结构的统一和整体分析是有效的。     

含无限刚性体的杆系内力的一种新的计算方法

含无限刚性体的杆系内力计算,传统解法是将拉压或弯曲无限刚度近似用有限大值来代替,通过数值计算确定杆系内力.计算表明,当刚度取值足够大值时,经常会造成方程组的病态而严重影响求解精度.本文提出一种精确解法,即通过引入无限刚度杆刚性约束方程来避免病态方程等问题,从而保证了计算的有效性和精确度.本文具体对具有拉压和弯曲无限刚度杆系单元建立了相应的约束方程,并针对工程中典型的支座形式:铰支座、滚轴支座和斜向支座给出了约束条件.作为一个具体应用,本文对于一平面刚架结构,利用建立的约束方程并通过确定结点定位向量和单元定位向量,最终获得了结构内力.算例结果表明,本文方法适用于分析含无限刚性体的杆系内力.