结构杆件撤除后简化分析一般方法

本文提出结构杆件撤除后简化分析的一般方法,视杆件撤除后新结构的解为原结构的解与原结构上加以关联荷载解的叠加,利用原结构的解及总体刚度矩阵的逆矩陈求解新结构,无需进行结构重分析,使计算量大大减小,文中基于有限元法导出求关联荷载的一般算式。该法适用于空间网格结构和刚架结构一根杆件撤除问题,也适用于多根杆件同时撤除问题。     

杆件撤除对平面刚架影响的实用计算法

基于短阵位移法,提出了用于分析杆件撤除对平面刚架结构影响的简化计算方法,与以往不同,本法仅将杆件撤除视为在原结构上曾加荷载工况,因此无需重建况体刚度矩阵即可用于分析杆件撤除对结构的影响,本法的计算速度比矩位移法快很多,算例表明,两种方法的计算结果一致。     

开口和闭口薄壁杆件基本微分方程的统一和它的有限元分析

本文将开口和闭口薄壁理论统一在乌曼斯基假设之下,建立开口和闭口薄壁杆件统一的基本微分方程式。通过基本微分方程式建立它们的刚度矩阵,进行有限元分析、对开口和闭口联接处的位移谐调,应用最小二乘法处理。 本文还指出文[3]中的错误。     

具有坐标变量和稳定性约束的桁架结构优化

本文讨论以结构重量为目标函数,以杆件截面积和节点坐标为设计变量,以杆件应力和稳定性为约束条件的桁架优化设计,利用乘子法修改杆件截面积和拉格朗日乘子,以梯度法修改节点坐标。梯度法的步长则以满应力法确定。算例表明,本文方法是比较有效的。     

具有弹性支座杆件的动力稳定性研究

研究了杆件具有弹性支座时直杆的动力稳定性问题，推导出了杆件的临界频率和动力不稳定边界，分析了弹簧刚度和阻尼对杆件动力稳定性的影响，研究表明杆件的侧向刚度愈大其结构的动力稳定性愈好，阻尼对杆的振动起有利作用，并提出了在实际工程中减小杆件振动的一些措施．     

结构动力计算中确定体系振动自由度方法的研究

针对用换铰法确定体系振动自由度时所遇到的问题，提出了换铰时对弹簧支座、抗 弯刚度为$\infty$的杆件以及定向支座的处理方法. 应用此方法，具有任何支座和杆件的 结构都可以用换铰法正确地确定其振动自由度数目.     

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.     

结构动力计算中确定体系振动自由度的方法

针对用换铰法确定体系振动自由度时所遇到的问题,提出了换铰时对弹簧支座、抗弯刚度为∞的杆件以及定向支座的处理方法.应用此方法,具有任何支座和杆件的结构都可以用换铰法正确地确定其振动自由度数目.     

基于刚度分解法的输电铁塔结构杆件力分析

提出了输电铁塔应用刚度分解法的分析过程,利用刚度分解法分别建立了铁塔各段等效抗弯刚度矩阵和等效抗剪刚度矩阵代替空间桁架分析法中的总刚度矩阵,求得各段铁塔杆件受力。采用迭代方法求得全塔结构受力,使计算过程简化,实例计算结果与计算机计算结果吻合很好,可为输电铁塔结构设计提供参考。     

一种新的薄壁杆件单元扭转刚度矩阵

本文提出一种新的薄壁杆件单元扭转刚度矩阵,它能够计及二次剪应力对翘曲变形的影响,并适用于任意剖面(包括开口,闭口和混合剖面)的薄壁杆件。计算表明,这个新的扭转刚度矩阵有相当好的精确度,可以代替Kawai或Gunnlaugsson-Pedersen的刚度矩阵,用于薄壁杆件的有限元静动力分析。     

Numerical estimation of the influence of joint stiffness on free vibrations of frame structures via the scattering of waves at elastic joints

In the structural design of mechanical products, natural frequencies must be controlled to reduce noise and vibration. In particular, the stiffness of the joints which assemble the structural components affects the natural frequencies. Therefore, it is important to predict the influence of joint stiffness on natural frequencies. Generally, these effects are determined by iterative finite element analyses of assembled structural models. Because this results in high computational costs, the sensitivity of natural frequencies to joint stiffness should be determined by a different approach to make the structural design process more efficient. Therefore, this paper proposes the use of reflection and transmission coefficients of elastic joints to predict the dependency of natural frequencies on joint stiffness. First, we formulate the reflection and transmission coefficients of joint stiffness, and then organize the coefficients using a ray tracing method. These formulations enable us to discuss the mechanisms which determine the natural frequency of a structure based on a wave approach using the phase-closure principle. Therefore, by applying the phase-closure principle to the frame structure, we investigate the formation of bending modes, which suggests that the effects of joint stiffness on natural frequencies correspond to the dependence of the reflection and transmission coefficients on joint stiffness. Therefore, these coefficients are useful indicators for estimating the influence of joint stiffness.     

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通过试验模态分析,实测悬臂对接板的第一阶固有频率及振型, 将对接板的动力学问题转化为悬臂对接梁来求解. 借助计算机代数语言,编写对接梁的传递矩阵法程序. 推导出对接处含角刚度作为符号的方 程,输入第一阶固有频率就可识别出该处的角刚度,并通过实例验证了此法的有效性.     

界面连接刚度参数辨识的子结构分析法

以试验模态参数为基础,提出一种通过特征方程反问题辨识子结构界面连接刚度参数的子结构分析法。新方法以子结构动柔度矩阵特征方程为基础,建立求解界面结点内力和位移的方程,从而由子结构内部结点可测自由度上的位移用广义逆理论估计界面结点内力和位移。并通过迭代修正内部结点可测自由度上的试验值,以提高界面内力和位移的估计精度。最后通过连接子结构刚度矩阵建立的平衡方程求解相应的刚度参数。文中以太阳电池阵板间铰链副刚度参数辨识为例,将铰链副简化为两端结点各有6个自由度的弹簧连接元,考虑到自由度之间的耦合,推导了连接元的刚度矩阵。用上述方法辨识了铰链副6个自由度的刚度参数,得到满意的辨识结果。     

A variable stiffness joint with superelastic material

The aim of this paper is to provide the design of a variable stiffness joint able to perform large rotations without undergoing plastic strain. The joint comprises two leaf springs of variable length, allowing to adjust the stiffness of the joint according to the desired performance. Large rotations are achieved by employing superelastic material for the leaf springs, instead of common linear elastic material. The behaviour of the joint has been investigated by means of finite element analyses; in addition, the first attempt to develop a simple mathematical model for the superelastic material as alternative to finite element method is described.     

考虑塑性和刚度不匹配的焊接残余应力估算

现有残余应力计算方法未能考虑材料塑性变形和焊接接头刚度不匹配的影响,使得焊接残余应力计算结果和实际残余应力存在较大偏差.在2219-T87铝合金钨极氩弧焊焊接头残余应力测试基础上,提出一种基于非线性有限元和材料弹性模量分区的残余应力—释放应变曲线的残余应力计算方法,研究了材料塑性变形和接头刚度不匹配对焊接残余应力计算的影响.结果表明,焊接接头中非均质材料塑性不匹配可以引起对于残余应力计算的较大误差;材料塑性变形对残余应力的影响大于接头刚度不匹配对残余应力的影响.所提出方法修正了传统方法在焊接接头的残余应力计算中由于未考虑接头非均质材料塑性不匹配而引起的误差.     

考虑摩擦因素的结合面切向接触刚度分形预估模型及其仿真分析

为建立更完善和精确的结合面接触刚度模型,本文根据分形理论和摩擦学原理,从微观角度建立了考虑摩擦因素的结合面切向接触刚度分形预估模型.通过数值仿真分析研究了接触载荷、分形维数、摩擦系数和接触面积等因素对结合面切向接触刚度的影响.分析结果表明:结合面切向接触刚度随法向载荷和分形维数的增加而增大,而随分形尺度参数的增大而减小;摩擦系数对结合面切向接触刚度的影响较大,不同实际接触面积下的切向刚度相差较大;当分形维数较小时,摩擦系数对结合面切向刚度的影响将降低.这些研究对于进一步开展结合面的动力学特性研究具有重要意义.     

具有半刚性节点性质的平面刚架弹簧单元的研究

联合应用力法与逐段刚化法推导出具有半刚性节点性质的弹簧节点梁单元和平面刚架弹簧单元的单元刚度方程. 该方法具有物理概念清楚,推导过程简便、巧妙的特点. 本文所建立的弹簧节点梁单元和平面刚架弹簧单元可以应用在具有半刚性节点性质的工程结构的承载力分析与计算中.     

梁结构时变物理参数在线识别的谐波传播法

组合梁结构在运动状态下其连接处的物理参数不断变化,导致结构的动态特性也不断发生变化.为了研究组合梁结构在运动状态下的非平稳动态特性以达到对结构振动进行实时控制的目的,必须对结构连接处的物理参数进行在线跟踪辨识.本文在现代谐波识别技术的基础上提出时变系统谐波频率与振型的在线识别算法,并利用波传播方法计算出连接处的力与位移向量,再由连接处位移连续与力平衡条件求得连接处的动刚度,进而求得结构连接处的刚度与阻尼.由于该方法可以简化测试节点,所以可以节省测试成本.仿真算例表明该方法具有良好的跟踪能力与较高的计算精度.     

MODELING OF NONLINEAR BEHAVIORS OF IMMERSION JOINT

沉管隧道柔性接头的力学性能是其抗震设计的关键准则. 用有限元方法模拟接头的非线性力学性能需要解决接头处材料非线性和接触非线性两个问题. 为简化分析计算,该文采用分段线性化的方法表征接头的材料非线性问题,引进调整因子改进接触算法中的判断条件,处理接头的边界非线性问题. 通过沉管隧道接头的三维精细化建模,研究了沉管隧道接头在拟静力载荷下的响应,获得了接头的轴向等效刚度曲线、抗弯刚度曲线和非线性耦合的剪切特性曲线,进而分析了不同轴向压力对接头剪切特性的影响.     

包含几何误差的机械结合面法向刚度研究

对包含几何误差的机械结合面进行离散化,离散后的微表面的基准平面高度满足结合面几何误差分布.每个微表面内,微凸体的高度只受粗糙度的影响.基于接触理论建立了微表面的法向刚度模型,通过对微表面模型集成获得了结合面的法向刚度模型.通过对所建模型的数值仿真,揭示了结合面法向刚度与间隙的非线性关系,几何误差的幅值和波长对法向刚度的影响以及非线性刚度对结合面振动特性的影响.计算结果表明:法向刚度随着间隙的减少而迅速增加,几何误差会导致结合面宏观上的局部接触和应力集中;在相同干涉量下,法向刚度随着几何误差幅值的增加而增加,但与结合面的波长没有关系;非线性刚度会导致结合面固有频率的下降和振动位移的不对称.