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。     

回传波矩阵法在杆系结构静力分析中的应用

回传波矩阵法最初是由Pao等人分析二维框架结构动力响应时提出的。对于三维杆系结构的静力分析,为了确定结构的位移和内力,先要建立传递分配矩阵和载荷源向量,这可通过列出所有节点的静力平衡方程和位移协调方程来实现。同时,通过分析每根杆近端位移和远端位移的关系,建立结构的回传波矩阵（重分配矩阵）。在此基础上求解线性方程组,就可以得到结构的位移和内力。本文推导了空间杆系结构的有关矩阵方程式,并给出了一固定梁的两端弯矩求解算例。     

平面刚架弹塑性大位移分析的多刚体离散元法

本文基于多刚体－弹簧系统模型，给出了求解平面刚架结构弹塑性、大位移极限承载力分析的多刚体离散元法。文中首先推导了多刚体离散元法在总体坐标下的切线刚度阵，建立多刚体离散元法的增量平衡方程；而后推导了多刚体离散元的弹塑性弹簧系数矩阵，建立了多刚体离散元内力屈服面塑性铰法的增量求解格式，成功地进行了平面钢框架的弹塑性、大位移极限承载力分析。计算结果与其他数值方法或实验结果吻合良好，显示了多刚体离散元方法进行结构极限承载力分析这一复杂问题的优越性     

平面刚架弹塑性大位移分析的多刚体离散元法

本文基于多刚体－弹簧系统模型，给出了求解平面刚架结构弹塑性、大位移极限承载力分析的多刚体离散元法。文中首先推导了多刚体离散元法在总体坐标下的切线刚度阵，建立多刚体元法的增量平衡方程。     

弹性悬链线方程参数变换法及其工程应用

建立了弹性锚泊线模型,该模型根据微段垂向力学平衡关系,通过引进一个变换参数$u$(${\rm sinh} u=\d y/\d x$),得到了弹性悬链线的参数方程. 结合工程实际,将该模型用于海洋工程中的锚泊线,给出锚泊线拉力公式,与求解算法. 该算法简单有效,易于编程实现.     

水平悬链线中点集中力作用下的非线性分析及计算

首先,对均布力作用下悬链线理论进行了深入分析研究,推导出求解水平张力单参数和双参数形式的隐含超越方程,在算法上验证了两种方程的等价性。对于悬链线固有的广义倾角、曲率半径、约束反力和水平张力的嵌入关系等给出了具有新意的表达公式。然后,建立了水平悬链线在对称集中力作用下的平衡方程,对于不同垂向集中力作用下水平张力的变化情况和最大垂直距离差所在水平位置随集中力的变化等进行了非线性计算。本文在理论构建和分析方面具有创新性,在理论探索和工程应用上具有重要意义。     

悬索桥线形分析的悬链线单元法

从悬链线方程出发,以节点坐标和无应力索长作为未知量,推导了增量型索单元的刚度方程,提出了悬索桥在恒载作用下初始线形和无应力索长的计算公式及基于Newton-Raphson的求解方法.算例分析表明本文方法具有较高的精度.     

水平悬链线中点集中力作用下的非线性分析及计算

首先,对均布力作用下悬链线理论进行了深入分析研究,推导出求解水平张力单参数和双参数形式的隐含超越方程,在算法上验证了两种方程的等价性。对于悬链线固有的广义倾角、曲率半径、约束反力和水平张力的嵌入关系等给出了具有新意的表达公式。然后,建立了水平悬链线在对称集中力作用下的平衡方程,对于不同垂向集中力作用下水平张力的变化情况和最大垂直距离差所在水平位置随集中力的变化等进行了非线性计算。本文在理论构建和分析方面具有创新性,在理论探索和工程应用上具有重要意义。     

均布压力作用下悬链线波纹壳应力和位移的初参数积分方程分析

本文用初参数积分方程方法，对悬链线波纹壳在均布压力作用下的应力和位移进行了分析，并给出了一个算例。     

线性强化型弹塑性弯曲直梁挠曲线方程

针对材料在弹塑性阶段的应用不完全问题,本文用弹塑性分区最小势能原理,推导出线性强化模型下弯曲直梁的势能分区准则和欧拉方程.求解出集中载荷作用下悬臂梁和简支梁的挠曲线方程,将挠曲线方程代入MATLAB软件进行数值计算并将其结果与ANSYS对比分析.结果表明:数值解与有限元值均满足实际工程中允许的误差范围,给出的方法可为解...     

竖向集中力作用下水平悬链线构形和张力的计算及试验验证

悬链线理论提出以来,广泛应用于电线架设、桥梁悬索和海洋拖曳等领域。目前,悬链线理论应用中主要是考虑竖向向下荷载及水平荷载作用下的工况,对于竖向向上荷载这一工况的研究却没有。本文基于补充几何假设,使悬链线问题求解更简单。从水平悬链线受均布及竖向向上荷载这一工况出发,建立了竖向集中力和均布荷载共同作用下悬链线所满足的非线性方程组。采用半显示解法对其求解,获得了悬链线构形及线内水平张力随悬链线水平距离、集中力大小和作用位置不同的变化规律;对非线性方程组求导,证明了水平张力取得极小值的条件,并给出悬链线构形对称性所需满足的条件。为了证明理论的正确性,采用不锈钢圆环链条材料进行静力构形及张力测试。结果表明,当竖向向上集中力作用在悬链线中点且大小为悬链线均布荷载的一半时,线内水平张力取得极小值,集中力作用点与悬链线两端点处于同一水平线上,此时悬链线两端水平约束力最小,受力状态最优。     

多刚体离散化方法在杆梁结构的屈曲与后屈曲分析中的应用

提出了杆梁结构的多刚体弹簧。铰链系统的离散化模型，推导了求解杆梁结构屈曲时的临界力与失稳曲线的多刚体模型的屈曲特征方程及后屈曲平衡方程。最后，给出了几个算例，并与分析解进行了比较，说明了该方法的有效性与优越性。     

不规则区域平面问题的条形传递函数方法

对条形传递函数方法进行了改进,提出了映射条形传递函数方法,用于处理非正规形状区域的平面问题。在本文方法中,一个非正规区域被映射成为若干矩形子区域的组合,在这些矩形子区域内划分条形单元,进而建立起位移离散模型。利用变分关系对模型处理,可以得到问题的动态控制方程。应用改进后得到的数值传递函数求解,就可以得到系统的动力、静力响应。文后应用上述方法建立了应用模型并给出了数值算法,结果表明本方法继承了原方法精度高、处理规范、便于求解动态问题等,并成功地应用到了非规则区域的平面问题中。     

竖向集中力作用下水平悬链线构形和张力的计算及试验验证

悬链线理论提出以来,广泛应用于电线架设、桥梁悬索和海洋拖曳等领域。目前,悬链线理论应用中主要是考虑竖向向下荷载及水平荷载作用下的工况,对于竖向向上荷载这一工况的研究却没有。本文基于补充几何假设,使悬链线问题求解更简单。从水平悬链线受均布及竖向向上荷载这一工况出发,建立了竖向集中力和均布荷载共同作用下悬链线所满足的非线性方程组。采用半显示解法对其求解,获得了悬链线构形及线内水平张力随悬链线水平距离、集中力大小和作用位置不同的变化规律;对非线性方程组求导,证明了水平张力取得极小值的条件,并给出悬链线构形对称性所需满足的条件。为了证明理论的正确性,采用不锈钢圆环链条材料进行静力构形及张力测试。结果表明,当竖向向上集中力作用在悬链线中点且大小为悬链线均布荷载的一半时,线内水平张力取得极小值,集中力作用点与悬链线两端点处于同一水平线上,此时悬链线两端水平约束力最小,受力状态最优。     

矩形平面应力扩展有限元及其程序实施

扩展有限元法(XFEM)是一种新的求解不连续问题的数值方法,由于该方法建立在传统有限元法框架内,而且避免了不连续界面扩展时的网格重新划分,所以,近年来扩展有限元法是工程力学领域里的一个研究热点.本文基于Zi和Belytschko新近提出的一种不连续位移场假设,推导了求解粘着裂纹扩展问题的矩形扩展有限元公式和离散方程.提出了基于位移加载的直接迭代的算法来求解非线性有限元方程,并给出了详细的过程.编写了Fortran程序,模拟了三点弯曲梁开裂问题,得到的结果与已知文献结果吻合,验证了方法、公式和所编写的程序的正确性.     

悬链线竖向集中力作用下的构形分析和张力计算

目前,悬链线在竖向集中力和均布荷载共同作用下的构形分析和受力计算的理论仍不完善。针对这一问题,通过引入悬链线的几何约束方程、力平衡方程和超越方程,建立了竖向集中力与均布荷载共同作用下的非线性方程组。采用牛顿迭代法求解方程组,得到了悬链线的构形和受力情况。为了验证理论计算的正确性,进行了算例和试验验证。结果表明,算例的计算结果与文献结论保持一致,试验测得的构形和水平张力大小与理论计算的构形和水平张力大小吻合较好。本文的理论计算可以更加简单精确地计算出悬链线在竖向集中力和均布荷载共同作用下的构形和受力情况,为实际工程提供重要的理论指导。     

考虑温度效应的覆冰导线动力学建模及舞动特征研究

针对以往研究忽略了温度效应对覆冰导线舞动特性的影响,本文推导了考虑温度效应影响的覆冰导线舞动控制方程.基于悬链法、热应力理论推导了覆冰导线的偏微分舞动方程,接着通过Galerkin法将该偏微分方程转化为常微分方程.建立气动载荷模型,将气动力引入到舞动方程中,随后采用多尺度求得了覆冰导线的位移响应,最后进行了参数分析、算...     

基于大变形分析的动不定体系的求解

动不定体系由于内部存在机构位移,其求解过程不同于动定体系。为了全面了解动不定体系的受力性能,本文对其相容及非相容平衡方程的求解进行了详细的分析和推导;同时,由于动不定体系求解过程涉及大位移,本文对通常建立在小变形假定下的变形协调方程进行了重新推导,采用建立在大变形基础上的变形协调方程对有限机构进行求解,并由此编制了相应的计算程序。算例分析表明本文计算方法是精确和有效的,可用于确定动不定体系的平衡状态和内力。     

高度非线性孤立波与Euler梁的耦合作用研究

无预压缩一维颗粒链中的机械撞击以高度非线性孤立波的形式传播,该孤立波是一种能量包,在较长距离内保持稳定波幅。本文研究高度非线性孤立波与Euler梁的耦合作用,对颗粒链采用离散元模型,基于Hertz定律和Euler梁振动方程并考虑Euler梁的横向振动,建立颗粒链与Euler梁耦合的微分方程组。采用Runge-Kutta法进行求解,得到晶体链中各颗粒的位移、速度解。分析回弹波出现的时间、波幅以及Euler梁的材料特性和几何特性参数等对反射孤立波的影响,结果表明,反射孤立波对Euler梁的弹性模量和几何尺寸在一定范围内是敏感的。本文的研究成果丰富和完善了孤立波探伤理论,为一维颗粒链的实际应用提供了广阔的应用前景。     

超静定结构支座反力计算的单位支座位移法

将单位支座位移法推广应用于超静定结构的未知支座反力计算,建立并证明了相应的退化虚位移方程,推导指出超静定结构支座反力的影响线即为相应单位支座位移所引起的位移曲线。而且,展示了几个求解超静定梁支座反力的算例. 本文工作可供大学生和教师们在结构力学相关知识的学习和教学中借鉴参考.