受火作用单对称截面钢梁的侧向弯扭屈曲分析

通过非线性有限元通用程序 ANSYS 进行数值分析,首次对单轴对称钢梁在火载荷作用下发生的侧向弯扭屈曲行为进行系统的参数研究,主要考察载荷比、跨度、端部约束条件、温度梯度等因素对钢梁弯扭屈曲失效行为的影响.结果发现:钢梁发生侧向弯扭屈曲的临界温度随温度梯度的增加而提高,但随着载荷比的增大而降低;悬链作用对侧向弯扭屈曲的影响可以忽略;固支梁的抗火性能要优于简支梁;对于两种梁的跨度情形(3m和6m),跨度较大时具有突变特性的侧向弯曲屈曲难以发生,但这种跨度变化并未改变侧向弯扭屈曲这一重要失效形式.     

开口裂纹梁振动特性参数分析

开展仿真分析探究梁边界条件、裂纹位置、裂纹程度、梁几何尺寸对开口裂纹矩形梁振动特性的影响．采用等效刚度模型建立裂纹梁结构振动方程,并与试验比较完成验证．预报梁在简支、悬臂、固支三种边界下,在不同位置发生不同程度裂纹损伤时的固有频率．研究发现,裂纹梁固有频率特性与完好无损梁曲率模态相关．裂纹可使固有频率降低,且降低程度随损伤程度增加而愈显著．裂纹位置接近完好梁某阶曲率模态零点（无效位置）/极点时,该阶固有频率受到影响将会减弱/增强．开展悬臂裂纹梁在不同几何尺寸下曲率模态分析．研究发现,曲率模态在裂纹处发生尖角突变现象,且尖角峰值随着损伤程度的增加而增大．裂纹位置接近某阶曲率模态极点/零点时,该阶模态受裂纹影响更显著/不明显．在裂纹相对位置和损伤程度相同时,增加梁长度使裂纹处尖角峰值减小,改变梁宽度不影响曲率模态,增加梁高度可使尖角峰值增加．研究成果可为试验提供基础,为扩建数据库,探索一种在线检测方法,基于实时大数据和人工智能技术开展各项振动参数综合分析,为实现梁裂纹智能识别与定位提供依据．     

考虑轴力作用时梁的弯曲损伤失效分析

对考虑轴力作用时梁的弯曲损伤进行了分析,推导了其损伤分析的基本方程,分析表明,中性轴随损伤的发展而偏移,有向上、向下和保持不动三种情况,其偏移的方向和范围完全由比例加载系数决定,并且在特定的比例加载系数时,中性轴能保持不动,最后获得了梁在弯曲损伤时的中性轴起始偏移点、极限偏移点和极限载荷的计算公式,以及它们的简化计算公式;讨论了损伤极限状态时轴力和弯矩的交互作用曲线;轴力对弯曲损伤的影响较为显著,有轴力作用时应尽可能考虑其影响。     

静水压作用下Nb3Sn多晶体超导临界温度退化的耦合模型

Nb3 Sn超导材料主要用于强磁场超导磁体的制造.力学变形诱导的其超导临界性能退化给强磁场超导磁体装置的电磁性能指标和安全运行造成了极其不利的影响.针对静水压作用下,Nb3 Sn单晶体和多晶体表现出的不同退化行为,论文基于Maki De Gennes(MDG)关系式,建立了描述Nb3 Sn单晶体变形-超导临界温度耦合响应的本构关系,并借助于多晶体有限元方法,对静水压作用下Nb3 Sn多晶体超导临界温度退化响应进行了预测,预测结果与实验结果定性吻合.模型实现了从Nb3 Sn单晶体到Nb3 Sn多晶体变形-超导临界温度退化响应曲线的一致性预测.研究结果有助于提高对Nb3 Sn高场超导材料变形-超导电性能耦合行为的认识,为发展描述运行工况下Nb3 Sn超导材料力-电磁-热多物理场多尺度耦合行为的建模与数值计算方法提供了一定的基础;同时,相关结果对于特殊工况下高场超导磁体性能的评估和高应变耐受性超导材料的制备也具有一定的指导作用.     

超静定梁的弹塑性分析

通过虚功原理和单位载荷法分析了超静定梁的弹塑性加载过程,给出了加载过程中外载荷与约束反力的非线性关系,并据此对塑性力学中超静定梁的塑性极限分析的编写提出了建议.     

Pasternak双参数地基上Euler-Bernoulli裂纹梁弯曲的解析解

基于开裂纹的等效扭转弹簧模型,采用Laplace变换,给出了Pasternak地基上具有任意裂纹数目的Euler-Bernoulli梁弯曲变形的解析通解.在验证本文解析解正确的基础上,数值分析了Pasternak地基上简支裂纹梁的弯曲变形和内力特征,考察了裂纹数目、深度、位置以及地基反力系数对裂纹梁弯曲的影响.结果表明:在裂纹处梁挠度分布存在尖点,而转角分布存在跳跃,并且尖点效应和转角跳跃随着裂纹深度的增加而愈加明显;同时随着地基反力系数的增大,裂纹梁的挠度、弯矩和转角逐渐减小;此外,随着地基反力系数的增大,裂纹数目对裂纹梁挠度的影响逐渐减弱.这些结果为Pasternak地基上梁的裂纹损伤识别提供了理论基础.     

超静定梁的挠曲线初参数方程

本文建立了超静定梁的挠曲线初参数方程,利用超静定梁的边界条件和支座处的约束条件以及静力学平衡条件定出了方程中的所有未知参数．可通过研究梁的初参数方程,求出整个梁中挠度,转角的最大值．     

计及剪切影响的RC梁的非线性分析

为提高钢筋混凝土RC梁的计算效率和精度,提出了一种基于梁截面弯矩-曲率关系的宏观有限元方法,可用于各种跨高比RC梁的材料非线性分析。首先假定了混凝土和钢筋的非线性应力-应变关系,然后引入经过修正的Rodriguez截面模型,根据边界顶点把截面划分成若干梯形单元,利用quasi-Newton法求解由两个变量耦合而成的截面非线性平衡方程,由此建立RC截面的弯矩-曲率关系。在此基础上利用Timoshenko梁弯曲理论建立考虑横向剪切变形影响的RC梁的有限元分析模型。通过对试验梁的分析对比验证了所提出的分析方法的适用性。     

作平面运动柔性梁的热效应研究

本文研究受热载荷作用时作平面运动柔性梁的建模理论.从温度的泰勒展开式出发,建立了一维有限元离散的温度与变形相互耦合的热传导方程和柔性梁的动力学方程.将本文一维有限元方法的计算结果与Ansys二维有限元方法进行比较,研究表明在保留泰勒展开式高次项的情况下,本文一维有限元方法具有精度高和计算效率高的特点.在此基础上,进一步研究了热传导方程的变形速度的耦合项,温度变化引起的弹性模量变化和平面转动对温度、弹性变形和轴向应力的影响.     

集中载荷作用下一次超静定梁的弹塑性全过程分析

对跨中集中载荷作用下一次超静定梁的弹塑性加载和变形全过程进行了分析.根据受力变形特点,集中载荷作用下一次超静定梁的加载过程可分为4个阶段,分别是弹性阶段、固支端附近塑性变形区扩展阶段、固支端和集中载荷作用点附近塑性变形区双扩展阶段、固支端保持为塑性铰同时附近卸载而集中载荷作用点附近塑性变形区继续扩展直至形成第2个塑性铰阶段.在弹性阶段,弯矩内力和挠度与外载荷是线性比例关系,在第2,3两个阶段,弯矩和挠度与外载荷是复杂的非线性关系,在第4阶段,弯矩与外载荷是线性关系但不是比例关系而挠度与外载荷是更为复杂的非线性关系.给出了全过程任意点的弯矩和挠度计算公式,可供结构设计参考应用.     

具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学行为研究

弹性梁结构作为一种基本单元被广泛于建筑、航空、航天、船舶等工程领域. 为有效降低弹性梁结构的振动水平, 深刻理解其振动特性、动力学行为显得尤为重要. 本文建立了具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学分析模型, 并采用伽辽金截断法预报梁结构的动力学响应. 在伽辽金截断法的求解过程中, 选取具有弹性边界约束的轴向载荷梁结构的模态振型函数作为伽辽金截断法的试函数与权函数. 首先, 研究截断数对伽辽金截断法稳定性的影响, 并采用谐波平衡法研究伽辽金截断法的可靠性. 在此基础上, 研究谐波激励扫频方向、非线性支撑参数对具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学响应的影响规律. 研究结果表明, 具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构的动力学响应具有初值敏感性且非线性支撑参数对梁结构动力学响应的影响显著. 相关非线性支撑参数使得梁结构出现复杂动力学行为. 合适的非线性支撑参数能够抑制具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构的复杂动力学行为并对梁结构边界处的减振具有有益效果.      

雨载作用下浮顶结构有限元分析的载荷修正法

浮顶结构的受力与变形之间存在着非线性的耦合关系,这给计算分析带来了很大的麻烦。为了解决这一问题,本文提出了单盘式浮顶结构在雨水载荷作用下有限元分析的载荷修正计算方法。通过对浮顶结构力学模型的分析,建立了浮顶结构载荷与单盘挠度之间的关系式,并基于这一关系式给出了浮顶结构有限元分析的载荷修正法和相应计算方案。载荷修正法的基本思想是,首先利用有限元方法对浮顶结构进行几何大变形非线性分析,然后通过迭代修正来调整载荷大小,使得计算得到的载荷与挠度满足给定关系式,最终获得浮顶结构的变形与受力情况。最后,将计算结果与试验结果进行了比较,验证了本文提出的计算方法的有效性和可靠性,为浮顶结构的进一步有限元分析打下基础。     

梁的动力学的最小值原理及其应用

首先推导了在轴向力和横向力联合作用下，梁的经典理论中关于动力学的两个最小转换能量原理。接着引进了相容机函数的集合，推导了在原空间时间域的两个最小值原理。所提供的泛函均是适用于（广义）固支、（广义）简支和自由等常见边界条件和初始条件的统一表达式。最后利用其中的一个原理求解了运动梁的挠度     

任意分布参数的梁结构刚度可靠性灵敏度分析

在刚度可靠性设计理论与灵敏度分析方法的基础上,研究了任意分布参数的梁结构刚度可靠性灵敏度分析问题,提出了刚度可靠性灵敏度分析的计算方法,给出了可靠性灵敏度的变化规律,研究了设计参数的改变对梁结构刚度可靠性的影响,为任意分布参数的梁结构刚度可靠性设计提供了理论依据。     

含裂纹梁参数的谐响应识别

主要研究含裂纹梁在简谐激励作用下的动力特性,提出一种依据幅值变化对裂纹参数进行识别的新方法。首先,在振动过程中考虑裂纹的呼吸特性,以悬臂梁为例建立含裂纹梁的二维有限元模型,指出在一般激励频率下,其对应的幅值均是明显信号,可用来描述裂纹梁的动力特性。其次,当激励频率分别取无裂纹梁一阶频率的1/4和二阶频率的1/4时,幅值随裂纹参数的变化明显不同,可依据响应幅值的变化对裂纹参数进行识别。然后,利用曲面拟合技术绘出幅值变化曲面,对未知参数的裂纹进行识别,验证了该方法的有效性,并归纳出利用幅值变化对任意裂纹参数进行识别的基本步骤。最后,针对无裂纹梁频率计算可能存在误差的情况,分析识别方法的鲁棒性,结果显示即使最大误差为10%,该方法也能对裂纹参数进行准确识别。     

纵向焊接铝合金柱构件承载力试验研究及数值分析

大多数结构用铝合金通常要经过热处理或加工硬化以得到比退火状态更高的力学性能.这种合金焊接后,焊接热会使焊缝附近局部区域(称为热影响区heat affected zone,以下简称HAZ)强度降低.这与钢结构焊接存在显著的区别,也使得焊接铝合金柱构件的研究变得更为复杂.目前,单纯通过试验来研究焊接铝合金柱构件周期长,成本...     

Timoshenko梁弹塑性有限元分析的无迭代算法

本文从虚功原理出发,给出了 Timoshenko 梁不分层弹塑性有限元分析的一种无迭代算法——线性互补方法.该法精度高,计算量少,对于线性强化材料,若无卸载,只需一个载荷增量步即可求得解答.     

石英振梁加速度计谐振器的结构设计

石英谐振器的设计是实现高精度石英振梁加速度计的关键。首先对石英晶体的最优切型切角结构进行研究,确定石英晶体的最优切型切角为(xyt)5°。其次,理论分析并通过仿真验证了石英谐振器的结构参数对石英振梁加速度计标度因数的影响,并对石英谐振器的结构参数进行了优化。最后,对石英谐振器进行了模态仿真,并分析了石英谐振器的尺寸制作偏差对标度因数的影响。用有限元分析方法得到了石英谐振器的理想振型,且石英振梁加速度计的标度因数为40 Hz/g。理论及仿真结果表明该石英谐振器可应用于高标度因数石英振梁加速度计中。     

考虑塔梁影响的斜拉索随机激励参数振动分析

为了揭示随机激励下斜拉索参数振动特性,考虑塔、梁协同振动的影响,建立了高斯白噪声激励下斜拉索-桥塔-桥面梁耦合振动微分方程,推导了耦合体系的伊藤状态方程组,采用Milstein-Platen法构造了斜拉索振动时程求解迭代格式,研究了斜拉索振动的时程、统计和频域特性,分析了桥塔侧向扶正作用、激励强度和索塔梁初始位移对拉索振幅产生的影响．结果表明：随机激励下斜拉索振动呈现出双“拍”振现象,“拍”幅值和周期具有随机性;拉索随机位移均值、均方差在振动初期具有长时间的非平稳特性;拉索响应幅值对应的频率和拉索功率峰值对应的频率基本一致,但随机激励下的拉索幅值和功率峰值更大;拉索振动概率密度曲线满足高斯分布和马尔科夫性质;桥塔侧向扶正作用越强,拉索振幅越小;激励强度越小,拉索振幅越小;各结构初始位移越大,拉索振幅越大,且对桥面梁初始位移越敏感．     

弹性约束梁参数失稳分析的离散奇异卷积法

针对具有重要的学术价值和工程意义的弹性约束梁在动轴向载荷作用下的参数失稳问题,本文采用离散奇异卷积法对其进行研究。在离散奇异卷积法中,采用正则化的Shannon核进行空间离散,同时采用四阶龙格-库塔法进行时间离散。在采用界面与边界匹配技术处理弹性边界条件后,计算了四种不同弹性约束梁的参数失稳区。研究结果表明:计算结果和采用假定模态法得到的结果基本一致,从而说明了采用离散奇异卷积法求解弹性约束梁的参数失稳问题是可行和有效的;同时采用离散奇异卷积法可以更加准确地处理具有较大轴向力时的结构参数失稳问题。