基于质量守恒的缆索计算理论与找形解析算法

旨在解决既有缆索计算理论的基本假定不合理问题,基于质量守恒原则推导了精细化缆索计算理论;根据拉格朗日坐标建立了考虑缆索截面变形后受拉刚度变化的改进弹性悬链线计算理论。研究结果表明,精细化缆索计算理论与改进的分段悬链线计算理论具有等价性;自重下跨度为888 m的缆索找形计算案例中,精细化缆索计算理论与悬链线方程理论的缆力及高程差值分别为61.5 kN和-158.7 mm,与弹性悬链线理论计算差值对应分别为1.9 kN和0.5 mm;受外载下跨度为1038 m缆索找形计算案例中,推导的精细化缆索计算理论与悬链线方程理论缆力差值分别为77.8 kN,与弹性悬链线理论无应力长度计算差值控制为1.0 mm。精细化缆索单元计算理论及缆索找形算法可作为缆索承载结构体系一种完备的精细化计算理论与方法。     

基于双层平面索变形的车辐式张拉结构找形方法

建立了由上层索、下层索、飞柱组成的双层平面索结构,根据节点平衡推导了各索段拉力的计算公式;基于索拉力产生的平衡荷载与索拉力水平分量及索竖向变形之间的关系,推导了平面索在竖向荷载作用下变形计算的有限元列式;通过对平面索结构边界节点施加竖向位移,将上下索边节点移动到建筑要求的位置;当飞柱高度不同时,可通过飞柱的伸长或缩短达到设计要求的飞柱高度,最终实现车辐式张拉结构找形。本文还给出了找形后结构分析和索张拉控制所需的初应变计算公式以及考虑边界梁和柱子在索力下产生弹性变形的处理方法。通过对车辐式张拉结构工程实例进行找形计算,介绍了有限元法的计算过程;对找形后车辐式张拉结构进行了受力分析,将找形时结构荷载施加在找形后的结构上,结构最大竖向位移仅为0.72mm,验证了该找形方法的正确性。     

索网天线找形分析的参变量变分有限元法

针对柔性空间索网天线的非线性特点,建立了基于参变量变分描述索网拉压非线性和共旋列式描述几何非线性的有限元控制方程,应用Lernke与改进牛顿法进行求解.通过对索网预张力平衡计算,证明改进牛顿法比Newton-Raphson法具有更强的收敛能力.进一步将力密度法迭代原理与有限元法结合应用于索网天线的非线性找形分析中,获得了理想的索网构型.本文的索网找形方法可广泛应用于空间索网天线结构的设计.     

带刚臂平面悬链线索单元的非线性分析

针对索梁混合结构中存在的索单元锚固点刚性连接问题,将锚固点的刚性连接视为刚臂,进行了带刚臂的平面悬链线索单元研究。一方面在已有文献的基础上,根据平面刚臂的受力和变形特点,基于微分方法导出了两端带任意刚臂的平面悬链线索单元切线刚度矩阵显式表达式;另一方面,为考虑温度变化对索单元计算的影响,基于索单元变形的几何与物理意义进行了考虑温度变化的索单元节点力计算方法的研究。通过与已有文献的对比,表明了本文研制的程序及导出的考虑温度变化的索单元计算方法的正确性;考虑温度变化下由本文方法得到的索水平张力与已有文献解析解最大仅相差0.862%。同时本文考虑的刚臂非线性因素更加全面,具体体现在:在非线性计算能力上,已有文献方法在荷载大于2.52kN时计算无法收敛,远小于本文方法能达到的35kN;在计算效率方面,在7个荷载增量步内已有文献方法所需的迭代步数为4~33,而本文方法的迭代步数保持在4不变。     

连续体系受平稳随机干扰的动力可靠性分析

本文首先以一维变截面连续体系受高斯平稳随机干扰的情况为基本问题,利用振型分解法和反应的高斯性求出了体系弯曲正应力及其对时间的导数的联合概率密度函数;其次通过引进范数和利用测度的单调性,把求体系的可靠性P_s(T)转化成了求随体系位置变化的可靠性分布函数P_s(x,T)的极小值,即;并在首通机制下利用随机点理论求出了P_s(x,T)的解析表达式。最后对一个简单的连续体系求出了可靠性的数字结果。     

土-结构相互作用体系人工边界的动力反应与分析

在结构-地基相互作用(SSI)体系的动力分析中人工边界的模拟与选取是一个关键因素,直接影响SSI体系的动力分析结果.人工边界模拟方法众多,目前对于不同人工边界在各种计算条件下模拟效果的比较研究所见不多.采用数值方法集中比较了工程中广泛应用的几种人工边界在SSI体系分析中的动力反应,详细分析了一维柱体在各种人工边界及输入的冲击荷载及正弦周期荷载作用下的动力分析结果的精确性及稳定性.研究结果表明,人工边界的动力模拟效果与输入震源的动力特性及分析介质的弹性常数存在密切的关系,即较高的输入震源频率需要较高的介质弹性波速,才能保证人工边界的稳定性与适用性.结合上海地区土体及地震波特性,指出本地区SSI体系的动力计算宜采用粘弹性人工边界.     

基于弹塑性模型的群桩-土-结构动力非线性数值分析

提出一种群桩-土弹塑性模型,结合动力文克尔理论,推导出了与桩(筏)-土属性及SSI体系频率相关的各项弹簧-阻尼单元动力阻抗,建立了三维框架土-结构相互作用有限元简化分析模型。针对不同地震激励,在不同桩-土条件下对模型进行了动力非线性时程分析,结果表明,在某些地震动和土-基础条件下,上部结构非线性作用效应结果可能大于固基假定情形,且桩-土弹塑性模型对上部结构柔弱层位置产生影响。应用本文简化方法可以快速、较准确有效地进行复杂的上下部结构动力时程分析及抗震评估。     

随机结构正交展开分析的Ritz动力聚缩法

针对随机结果正交展开理论计算上的弱点 ,本文在分析扩阶矩阵特性的基础上 ,于 Ritz模态向量子空间中对扩阶方程实现动力聚缩 ,大大提高了正交展开理论对实际工程问题的分析能力。分析实例表明 :即使结构参数具有很大变异性 (如δ =0 .4 )时 ,该算法依然能理想地与 Monte Carlo法模拟结果相吻合 ,计算时间则远远小于 Monte Carlo模拟法。同时 ,分析例证再一次强化了在结构动力分析中考虑结构参数随机性的必要性     

撞击荷载作用下单层椭圆抛物面网壳的动力稳定分析

利用ANSYS/LS-DYNA 有限元程序,考虑几何非线性和材料非线性效应,开展单层椭圆抛物面网壳结构在撞击荷载作用下的动力稳定性研究.分析了该类网壳在以一定高度的自由落体撞击作用下的撞击力响应(撞击力、节点位移、杆件轴力和能量)及网壳失稳模态,进一步根据产生的动力响应对其在撞击作用下的弹塑性动力稳定问题进行了判定.结果表明:网壳结构在撞击作用下失稳时,撞击力时程曲线形状基本上呈陡峭的三角形脉冲荷载形式,其最大峰值和脉宽与撞击冲量及网壳所处变形阶段的刚度性能相关;特征节点的位移响应突然增大,失稳部位杆件的轴力大幅减小,结构的变形能和总能量也突然增大,整个结构变形形状发生突变;节点的残余位移、撞击力和持时等特征参数都产生一致性突变.     

基于风时程模拟的高耸结构风致响应有限元分析

高耸结构柔性较大,对风荷载较为敏感,相比一般风的影响,台风作用下的高耸结构更易产生强烈的动力响应.考虑台风的基本特性,选取合适的台风风速谱,运用数值模拟方法,仿真得到了与结构竖向相关的18条脉动风载时程样本.采用有限元方法建立某高耸钢塔结构的三维有限元模型,并在时域内研究其在台风作用下的动力响应.侧重比较研究了结构线性与非线性对高耸钢塔结构风致动力响应影响,并与采用经典的Davenport谱的计算结果进行了比较.研究表明:同一种风谱计算的风载作用下,考虑几何非线性影响的高耸结构风致位移响应略大于线性情况下的计算结果,但差别不是太大;采用台风风谱计算风致结构动力响应的峰值和均方差比采用Davenport谱的计算结果大得多.     

动力松弛法在板为成形过程数值模拟中的应用

论文阐述了动力松驰法的基本原理,推导出它在中心差分动力显式算法中的应用列式,并将其用于锥形凸缘的圆形杯拉深成形过程的数值模拟研究,获得了满意的结果。     

动力松弛法在应变软化类结构有限元静力分析中的应用

结构静力分析中常因材料应变软化使得相应定解问题失去适定性,从而导致有限元分析不收敛。为解决此问题,在已有的相关研究基础上,采用动力松弛法（DRM）求解结构非线性有限元静力分析的增量步,将其应用于损伤型本构所描述的结构软化问题。本文方法依据两个原理,其一是苏联《数学百科全书》论述的原理——定义于时间域的任何定解问题适定可解,其二是DRM所用的原理——质量系统静力解为相应动力解的稳态部分。且DRM无需进行隐式静力分析时的总体刚度矩阵组装和求逆计算。本文用加荷载增量求解静力平衡路径硬化段,用加位移增量求解极值点和软化段。数值试验表明,本文方法能完成应变软化类结构的静力平衡路径求解。     

A form function method for form finding of tension structure

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ,ｉｔｉｓｏｆｔｅｎｒｅｑｕｉｒｅｄｔｏｅｘｔｅｎｄａｔｅｎｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎａｇｉｖｅｎｂｏｕｎｄａｒｙ ,ｓｕｃｈａｓｃａｂｌｅｎｅｔｏｒｍｅｍｂｒａｎｅ.Ｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ,ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｋｎｏｗｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｆｏｒｍｏｆｉｔ.Ｂｕｔｉｔｉｓｎｏｔｅａｓｙｔｏｇｅｔａｎａｃｃｕｒａｔｅｏｎｅｏｎａｎａｖｅｒａｇｅｂｏｕｎｄａｒｙ .Ｔｈｅｆｏｒｍｏｆｔｅｎｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅ…     

动力松弛方法中Rayleigh阻尼参数取值分析

论文阐述了动力松弛法计算静力问题的原理,分析了Rayleigh阻尼对计算的影响,提出了一种对质量阻尼和刚度阻尼参数取值的新方法。这种取值方法可以避免计算结果的振荡和过塑性的问题,并利用实例计算进行了对比分析,验证了本文中Rayleigh阻尼取值的合理性。     

张弦梁(桁架)结构的找形方法——分级卸载法

对张弦梁(桁架)结构的找形问题进行了深入研究,根据该类结构的受力特点,提出了分级卸载法。该方法无需假定结构零状态几何,而可以一次得到对应于初状态(即预应力态)几何的结构施工放样尺寸(即零状态几何),并通过分级加载对该方法的精度进行了检验。     

基于二重网格的动网格松弛法改进

相比传统的弹簧法等方法,基于球松弛算法的动网格松弛法在复杂边界大变形条件下可以得到质量更高的边界网格以及更大的极限变形量,但该方法在时间效率上还有提升的空间.引入二重网格,采用动网格松弛法进行稀疏网格的网格变形,将边界位移传递到整个网格计算域;再利用二重网格映射,将稀疏网格位移映射到原有计算网格的节点上.算例表明,改进...     

悬索桥空间缆索实用找形方法

针对现存分段悬链线法和有限元法在悬索桥空间缆索找形方面存在对初值敏感和容易发散等问题,本文提出了一种实用方法.基于空间缆索纯索体系的有限元模型,以缆索节点坐标和单元内力为未知参数,通过小弹性模量法确定迭代初值,采用内循环参数更新外循环坐标修正的嵌套循环迭代计算空间缆索线形.三个算例分析结果表明,本文方法计算精度与分段悬链线法一致,且具有迭代次数更少、收敛性更好和计算效率更高的优点,适用于纵桥向斜吊杆空间缆索的线形计算.     

悬索桥结构分析中的索-鞍座单元

为在悬索桥结构的有限元分析中真实、简洁、高效地模拟索鞍,本文建立了一类新的单元。新单元包括索段的一端固定在与其接触部分为单一半径圆弧的索鞍上,另一端分别位于索鞍两侧的两节点“左索-鞍座单元”和“右索-鞍座单元”,以及索段两端点分别位于索鞍两侧,中间一点固定于鞍座上的三节点“索-鞍座单元”,后者的鞍槽可为两不同半径圆弧的组合。根据要求的成桥状态几何参数确定结构的无应力状态时,可利用前二者进行悬索桥的单跨分析。新单元通过自动调整索与鞍座的脱离点而处于平衡状态,从而简化了计算。单元算法的推导基于有限元分析的基本原理和弹性悬链线的精确解,并利用了处于平衡状态时索与鞍座之间的内力关系。新单元可象常规单元一样直接用于成桥状态或施工过程中悬索桥结构的有限元分析。设计的算例验证了新单元的正确性,并举例说明了新单元在悬索桥结构分析中的应用。     

针对有砟道床动力特性分析的嵌入式离散元-有限元耦合方法

在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著.采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生侧向滑移,导致数值模型不稳定.此外,在实际铁路道床中,底部道砟均不同程度地嵌入路堤.为此,发展了一种...     

张拉膜结构的有限元分析

应用有限元程序ANSYS进行了薄膜结构的找形分析和荷载分析．张拉结构受力后将产生较大的位移,因此需要采用非线性理论．通过一系列计算,可以发现影响找形结果的因素有：单元的划分,初始弹性模量的选取,膜的预张力,边索和脊索的预张拉力值及其比值．在实际工程中,由于膜结构建筑要求和边界条件的限制,找到具有极小曲面性质的初始平衡形状较难,因此,一般把应力的差值控制在一定的范围内．工程实例计算结果表明：在风荷载作用下膜结构的竖向位移反应比较大,风吸力通常是索膜结构设计的控制因素．