结构极限分析的权余法

本文将加权余量法用于结构的塑性极限分析,以子域法为基础,用三次或二次多项式作试函数,解决了某些矩形板、圆柱壳以及圆锥壳的极限载荷问题。     

关于壳体的极限承载能力

一、前言 薄壳结构在近代各种工程技术部门中到处得到广泛的应用和重视。普通的实用弹性理论只能给出材料在弹性限度以内的应力和变形状态,这时壳体在强度方面的储备,还远没有竭尽,因此壳体极限承载能力的研究是近代塑性力学中最有实际意义的课题之一。在这方面,伊留兴()、然尼村()、拉包脱诺夫(     

曲面薄膜结构褶皱失稳力学

薄膜结构褶皱失稳在微观和宏观尺度会出现相似的形貌,在过去二十年里引发了学者们极大的研究兴趣.而几何曲率对薄膜结构的失稳临界、形貌选择和后屈曲演化起着至关重要的作用.本文回顾近二十年来平面和曲面薄膜结构褶皱失稳力学研究进展,聚焦曲率影响下的薄膜拉伸和膜基结构在各种激励下的稳定性问题.有限应变板壳理论模型和数值计算方法的发...     

不均匀及正交异性结构的极限分析与极限设计

1.1 许多应用于承載結构的材料有这样的特性:其塑性性貭随不同点而改变,并且同时取决于所考虑的方向,这表示我們涉及塑性不均匀性及塑性各向异性。 例如,我們試考虑一鋼結构处于一梯度不为零的温度場中。随点而异的温度变化导致材料塑性性貭的不均匀分布;这些塑性性貭(以及相应的塑性模量)随所考虑的点的位置而改变。鋼筋混凝土构件及結构給出了另一个塑性不均匀及各向异性的結构的例子。在此情形下,由于鋼筋分布在不同的方向,我們得到一各向异性的結构。如果除此而外鋼筋的百分比随点而改变,我們得到一个既不均匀而又各向异性的結构的例子。在刚-塑性     

基于概率极限状态的结构优化设计

本文旨在建立一个有各类不确定性因素存在的结构优化设计的合理数学模型，使其既能纳入结构可靠性分析领域的最新研究成果又便于实际工程应用。该模型以极限状态设计方法为基础，对材料性质和结构荷载固有的统计不确定性用“水准２”的可靠性分析方法处理，而对模型理想化，近似结构分析以及设计与施工阶段产生的非统计性质的为确定性通过模糊集运算处理，该模型保持了现行建筑结构设计规范和日常设计习惯的一致性，也保持了与确定性     

含缺陷结构的塑性极限分析

结合极限分析中的数学规划理论和有限元技术,提出了三维含缺陷结构极限分析的数学规划方法,并采用罚函数法引入塑性不可压条件.对于考虑多组独立变化载荷联合作用的情况,提出了加载路径射线辐射求解方案,并基于这种射线辐射状的加载路径,推导了多组载荷联合作用下结构塑性极限上限分析的数崐学规划格式,编制了相应的有限元程序.文中的数值结果表明了该方法的正确性与有效性.     

基于概率极限状态的结构优化设计

本文旨在建立一个有各类不确定性因素存在的结构优化设计的合理数学模型，使其既能纳入结构可靠性分析领域的最新研究成果又便于实际工程应用。该模型以极限状态设计方法为基础，对材料性质和结构荷载固有的统计不确定性用“水准２”（即一次二阶矩理论）的可靠性分析方法处理，而对模型理想化、近似结构分析以及设计与施工阶段产生的非统计性质的不确定性（即模糊性）通过模糊集运算处理。该模型保持了现行建筑结构设计规范和日常设计习惯的一致性，也保持了与确定性结构优化设计模型的一致性     

梁系结构上限极限分析的弹性模量缩减法

结合线弹性梁系有限元法和弹性模量缩减法,提出了梁系结构上限极限的分析方法。该方法根据构件截面广义屈服准则定义了梁系结构的单元承载比,得到了弹性模量缩减法的模量调整策略,利用梁系有限元法构造出了逼近极限状态的广义应力场以及系列机动允许位移场;同时推导出考虑弯矩和轴力共同影响下的梁单元弹性应变能和塑性耗散功计算公式,建立了梁系结构上限荷载乘子迭代算法。该算法继承了弹性模量调整法原理简单、应用方便等优点,并可应用于具有不同几何特性和材料特性构件构成的复杂结构中。算例分析表明:本文算法具有良好的计算精度和迭代稳定性,通常可在30个线弹性迭代步以内得到与解析法或其他算法在4%以内的极限分析结果。     

轴对称结构极限下限分析的自然单元法

作为一种基于自然邻近插值的新型无网格法,自然单元法克服了大多数无网格法难以施加本质边界条件的困难.将自然单元法与减缩基技术相结合,建立了一种轴对称结构极限下限分析的数值格式和求解算法.通过不断修正自平衡应力场,轴对称结构极限下限分析可转化为一系列的非线性数学规划子问题,并由复合形法求解.在每个非线性规划子问题中,自平衡应力场表示为一组带有待定系数的自平衡应力场基矢量的线性组合,并且这些自平衡应力场基矢量可由弹塑性增量分析的平衡迭代结果得到.算例结果表明,本文所提的轴对称结构极限下限分析方法行之有效.     

杆系结构极限分析的惩罚线性规划法

本文较详细地介绍了惩罚线性规划的数学原理,建立了确定杆系结构的极限载荷与载荷的最佳分布的数学模型。根据以上原理与模型对桁架、刚架与扳架作了实例计算。计算结果与使用其它方法之结果完全一致。本文介绍的方法具有计算数据准备工作简单,计算时间较少等优点,为杆系结构极限分析提供了一个有效的方法。     

填充式泡沫铝防护结构的弹道极限

为了探索泡沫材料在空间防护上的应用,结合实验和数值模拟,绘制了弹速0.5~7.0km/s范围内填充式泡沫铝防护结构的弹道极限曲线,并与Whipple结构进行了比较。结果表明:填充式泡沫铝防护结构的防护性能优于同等面密度、总厚度的Whipple结构;孔隙率对填充式泡沫铝防护结构防护性能影响较小。     

自由曲面索承网格结构的合理布索位置研究

为了给出自由曲面索承网格结构的合理布索位置,首先,将上部网格结构作为连续体,基于鲁棒性定量评价指标,采用改进的大爆炸算法,进行拓扑优化,获得自由曲面的鲁棒构型;其次,利用Hough变换对鲁棒构型进行检测,在布索数量确定后,提取决定布索曲线方向的参数;最后,对布索曲线上的全部节点进行试算,优化出布索曲线端点。算例表明,该方法可为复杂自由曲面索承网格结构优化出基于力学原理的合理布索方案,同时,通过与直观布索方案的对比,证明了本文求得的布索方案具有更好的力学性能,可为实际工程应用提供参考。     

基于自然单元法的轴对称结构极限上限分析

自然单元法是一种以自然邻近插值为试函数的新兴无网格数值方法,其形函数的计算不涉及矩阵求逆,也不需要任何人为参数。为了充分发挥自然单元法的优势,本文基于极限分析上限定理建立了轴对称结构极限上限分析的整套求解算法。轴对称结构的位移场由自然邻近插值构造,并且采用罚函数法处理材料的不可压条件。为了消除目标函数非光滑所引起的数值困难,采用逐步识别刚性区和塑性区,并对两者用不同方法进行处理。数值算例结果表明,本文提出的轴对称结构极限上限分析方法是行之有效的。     

弯管结构塑性极限分析的数值方法及应用

从塑性极限分析数值计算的角度,分析了多组载荷联合作用下弯管结构的塑性极限承载能力。为了克服塑性极限上限分析中目标函数非线性非光滑所导致的数值困难,提出了一种弯管结构塑性极限上限分析的无搜索优化迭代算法;采用一种改进的弯管单元并利用加载路径的径向射求解方案处理多组载荷系统。通过对典型弯管结构进行塑性极限分析得出了一些有价值的结论。     

考虑结构整体的组合梁极限抗火性能分析

随着对钢结构整体抗火能力的深入理解,人们意识到单个构件的抗火能力与处于结构整体中的构件抗火能力具有很大不同。实际结构是一个高次超静定体系,在火灾下能够进行承载路径的改变和承载方式的调整,从而具有比单个构件更高的抗火能力,同时,处于结构整体中的构件在火灾下的温度膨胀应力对其抗火能力的影响是不可忽视的因素之一。文章推导了组合梁的轴力——弯矩相关曲线,绐出了考虑结构整体性的平板式组合梁结构抗火极限分析方法,并与有限元分析结果进行了对比,为考虑结构整体性的平板式组合梁抗火设计提供了依据。     

理想塑性结构极限与安定分析的数值方法

极限分析和安全分析的近代发展方向是寻找通用性强，计算效率高的数值方法。本文介绍将有限单元法和数学规划法相结合的、同时适用于极限分析和安全分析的统一数值方法，包括下限格式和上限格式。     

细分曲面边界元法的黏附吸声材料结构拓扑优化分析

等几何分析采用样条基函数构造几何模型和实施变量近似,实现了计算机辅助设计和辅助工程的无缝连接,并已广泛应用于弹性力学、电磁场和位势问题等领域.然而直接采用等几何方法难以构造复杂模型,限制了该方法在大规模实际工程问题上的应用.细分曲面法可用于克服这一问题,该方法对传统模型的离散网格进行细分和拟合操作,构造出极限光滑曲面,连续性更高,对复杂结构的适用性更强.该方法主要有以下优点:(1)适用于任意拓扑结构;(2)数值计算稳定;(3)实施简单;(4)局部细化与连续性控制.由于该方法在复杂结构模型构造方面具有较强的灵活性和便利性,已被广泛应用于航空航天、汽车、动画、游戏制作等建模领域.将细分曲面法与边界元法相结合进行结构声学分析,几何场与物理场均采用箱样条基函数进行插值近似.以黏附吸声材料结构的声散射问题为例,建立吸声材料分布拓扑优化数学模型,并采用移动渐进线算法进行设计变量更新,最终获得最优材料分布.     

高耸结构锁定激励响应和极限风压研究

本文从升力振子模型着手,以国外试验数据为依据,详细研究了锁定现象的流固耦联作用机理和对应的高耸结构横向风振的主要形式——涡致锁定激励响应,提出了合理的响应计算方法。在这些研究基础上本文还讨论了横风向受力为主的一类高耸结构的破坏风荷载计算,该研究充分体现了锁定现象的非线性激振特性。     

波阻抗梯度材料加强型Whipple结构撞击极限研究

为研究一种改进型的波阻抗梯度材料防护结构Ti/Al/Mg结构的撞击极限,采 用 二 级 轻 气 炮 以3.0～8.0 km/s的速度对Ti/Al/Mg结构、Al/Mg结构和2A12结构开展了超高速撞击实验,建立了Ti/Al/Mg结构的撞击极限曲线。结果表明:高阻抗的钛合金表层能产生更高的冲击压力和温升,使弹丸充分破碎;在面密度相同的条件下,与Al/Mg结构和2A12结构相比,Ti/Al/Mg结构具有更强的防护性能。通过理论计算得到Ti/Al/Mg结构撞击极限曲线的区间转变速度小于7.0 km/s,但其实验撞击极限曲线上并未出现明显的区间转变,在实验速度范围内,撞击极限随着撞击速度的提升而增大,这与典型Whipple结构撞击极限曲线存在差异。     

基于累积荷载效应分析刚架结构极限承载力

传统极限承载力分析的塑性铰法(PHM)及其修正格式(mPHM)没有考虑加载历史累积荷载效应对刚架失效的影响,不能正确处理内力反向问题,由此导致刚架结构极限承载力和失效模式分析结果出现错误。为此,首先研究了前序失效阶段累积荷载效应的影响,据此分析结构迭代计算中相邻迭代步出现内力反向时PHM和mPHM发生错误的原因;然后通过合理修改构件截面强度,以反映结构强度损伤演化规律,据此计算刚架结构极限承载力,并识别结构潜在失效模式,提出了刚架结构的失效判据,建立了刚架结构分析的改进塑性铰法(iPHM);最后,进一步通过iPHM与PHM、mPHM、弹塑性增量加载法对比分析,验证了iPHM的适用性、计算精度和效率。