具有转角自由度的曲面矩形扁壳元

扁壳单元中引入结点转角自由度可以在不增加结点的情况下,增加位移场的阶次,提高计算精度,从而显著地提高单元性能。利用广义协调薄板单元RGC-12的位移函数作为扁壳元的法向位移,利用广义协调矩形膜元的位移函数作为扁壳面的切向位移,构造了一个具有转角自由度的4结点广义协调曲面矩形扁壳元。并通过实例分析对该单元的收敛性和精度进行了验证,数值算例的结果表明,该单元收敛稳定迅速,用较少的自由度就获得了很高的精度,是一个性能良好的壳单元。     

一种基于广义协调条件的八结点平板壳单元

在适用于中厚板的八结点等参数平板单元的基础上 ,通过引入剪应变与位移的广义协调条件 ,建立了一种平板单元 .以此单元作为弯曲单元 ,以平面Q8元作为平面膜单元 ,构造了一个新型平板壳单元 .新单元可用于厚壳 ,也可用于薄壳 .算例表明 ,新单元收敛性好 ,精度很高     

精确的复合材料层合板有限元模型

基于两个剪切变形函数,建立了精确的复合材料层板有限元模型。本文模型具有一般形式的二维板壳理论的位移场,但能精确满足层板界面的连续条件及板面的载荷条件,同时有限元模型的节点自由度数为确定值,不随层数的增加而增加。数值结果与精确解比较,表明了本文模型的收敛性和高精度。     

梁系结构二阶分析的单元模型

以梁单元平衡微分方程为基础,推导了考虑剪切变形影响的空间梁单元位移插值函数,用于模拟结构中无轴力的杆件.利用Maclaurin级数统一了空间梁柱单元在拉、压两种情况下的不同位移插值函数,与稳定函数表示的位移插值函数等价,用于模拟结构中有轴力的杆件.推导了包含轴向变形、剪切变形、双向弯曲、扭转及其耦合效应的二阶单元切线刚度矩阵.从计算精度与总体刚度矩阵的正定性两方面考虑确定了位移插值函数中级数的展开项数.对承受不同轴压力的悬臂梁梁端位移进行计算,表明所提出的单元模型可以很好地体现二阶效应的影响.利用不同单元模型对单层柱面网壳进行对比分析,表明所提出的梁系结构二阶分析单元模型具有较高的计算精度与效率,可以很好地反映单层柱面网壳的几何非线性.     

全面外压圆柱壳稳定性问题的有限元分析

本文研究了用有限元法解全面外压作用下的圆柱壳穗定性问题。理论上采用大挠度的应变——位移关系,建立了圆柱壳单元的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵。单元的位移模式采用半解析函数,这样处理的优点减少了单元的自由度,提高了解题的速度和精度。     

复杂组合板壳结构有限元分析

本文主要论述复杂组合板壳结构有限元分析问题．具体阐述了相对位移一般壳单元以及壳单元和三维单元的罚单元连接方法．     

一种基于广义协调条件的八结点平板壳单元

在适用于中厚板的八结点等参数平板单元的基础上，通过引入剪应变与位移的广义协调条件，建立了一种平板单元．以此单元作为弯曲单元，以平面Q8元作为平面膜单元，构造了一个新型平板壳单元．新单元可用于厚壳，也可用于薄壳．算例表明，新单元收敛性好，精度很高．     

弹塑性壳体弯曲分析的广义协调元方法

本文根据广义协调条件,构造了一个广义协调板膜耦合三角形壳元,然后利用分层子单元技术,将其从线弹性领域推广到弹塑性领域.导出了薄壳广义有限元的一般列式.最后采用文提出的数值方案进行求解,并编制了程序 EPATS.算例表明:单元收敛性态很好,有较高的计算精度.     

悬臂梁的有限元分析

运用有限元的思想,将悬臂梁化成若干三角形单元,考虑其单元的位移模式以及形态函数后,通过能量法,得到单元的刚度矩阵,而后对其进行整体分析,包括整体刚度矩阵的建立以及边界条件的引入等等。详细讨论了悬臂梁的位移以及应力和应变的变化情况,可以看出有限元针对此问题的收敛性很好。     

平面八节点有限元网格生成的位移向量法

在曲边图形的有限元计算中,为了保证计算精度及减小计算规模,提出了一种生成八节点四边形单元的位移向量法,以比例渐变的方式综合考虑了四边形各曲边的格栅点对中间各对应点的影响.为了避免出现奇异性单元,在划分的过程中灵活地应用了比例划分.利用开发的VB和FORTRAN程序对一些模型进行了前处理网格划分和有限元数值计算,结果表明：该方法能简单、快速地生成有限元网格,并且数值结果与解析解良好吻合.     

重载铁路连续刚构桥徐变精细化数值分析

为了研究重载铁路连续刚构桥的空间徐变效应,通过ANSYS UPFs(user programmable features)功能进行本构关系二次开发,实现了桥梁徐变计算。依托山西省最大的重载铁路连续刚构桥为背景工程开展研究,采用空间壳模型模拟箱梁,空间梁单元模拟桥墩,考虑了连续刚构桥的施工过程,开展了重载铁路连续刚构桥的空间精细化数值分析。对比分析了空间数值模型和梁模型的长期下挠特性,同时对比了不同规范对计算结果的影响。研究结果表明:考虑空间徐变效应后梁体的长期变形发生了较大变化,壳单元模型的竖向下挠量比梁单元模型增加了25%左右。B3模型的计算下挠度比JTG D62-2004规范和TB规范大,需要采用B3模型进行桥梁长期变形验算。     

梁元修正拉格朗日法的刚体检验和节点力计算

分析梁单元修正拉格朗日法的刚体检验和增量节点力计算.根据欧拉 伯努利假定,推导考虑2阶效应的截面转角表达式,得出转角不仅与横向位移导数有关,还与轴向位移导数有关.采用虚功原理,推导出符合刚体检验的几何刚度矩阵,指出几何刚度矩阵不满足刚体检验的原因是采用了转角与横向位移导数的线性假定.分析多种计算增量节点力的方法;利用同一刚度矩阵计算增量节点位移、增量节点力,得出欲求构形的节点力向量后,必须通过由已知构形到欲求构形的近似坐标变换得到欲求构形单元的轴力、剪力、弯矩和扭矩.数值计算结果表明,采用切线刚度矩阵计算增量节点力的方法是有效的,几何刚度矩阵通过刚体检验与否对计算结果无明显影响.     

从力矩分配法到元胞单元法

力矩分配法是结构力学中的一种渐近计算方法，一般只能用于连续梁或无侧移刚架的计算。研究表明，若将该方法中的力矩延拓为广义力，可得到一种能应用于任何杆系结构的广义力分配法。若在此基础上，再引用有限元离散技术，则可演化出一种有别于传统有限元法的新的数值计算方法——元胞单元法。在简要回顾经典力矩分配法之后，引申出广义力分配法和元胞单元法，以平面和空间刚架计算为例，描述了元胞单元法解题步骤和计算结果。     

变电站人字柱单钢管梁节点有限元分析

人字柱单钢管梁节点是变电站构架设计中一种常用的节点形式,但由于边界和受力比较特殊,在各种规范和文献中都没有其明确的计算方法.利用ANSYS通用有限元程序对人字柱单钢管梁节点进行有限元分析,重点分析了节点在平面内弯矩作用下的变形和应力分布情况.根据分析结果总结出节点螺栓拉力的简化计算公式,在此基础上对柱顶板的计算条件进行简化,参考法兰盘的计算公式总结出柱顶板的参考计算方法.     

悬臂梁不同单元类型计算误差分析

为了研究悬臂梁用不同单元类型计算应力结果与真实测量值的误差和该误差产生的影响因素。首先,用ABAQUS有限元软件对悬臂梁结构进行壳单元建模和实体单元建模,分别计算出Mises应力值,再用经典材料力学方法计算出相同情况下悬臂梁Mises应力值,然后用电阻应变测试法计算出悬臂梁的真实应力值,计算出各种应力计算方法相对于真实测量值的误差。最后,分别计算不同厚度悬臂梁,用壳单元和实体单元分别计算出的Mises应力值,将实体单元计算应力值代替真实测量应力值,得到壳单元计算结果相对于实体单元计算结果的相对误差。研究结果表明,悬臂梁用实体单元计算出的Mises应力值相对于壳单元更加接近于真实测量值。随着悬臂梁厚度的增加,壳单元计算结果的精度越来越小。对于同一厚度的悬臂梁,不同位置处壳单元计算应力值对于真实值的相对误差近似为一常数。     

基于QR法的单层柱面网壳结构分析

为解决传统有限元方法计算网壳结构时的缺点与不足,采用结构分析QR法对单层柱面网壳结构进行研究.根据QR法基本原理,导出了单层柱面网壳结构新的刚度方程及其计算格式,利用样条节点位移参数可求出结构节点位移和杆端力.依据QR法的计算要点和有限元法流程编制了相应的计算程序,计算了某单层柱面网壳结构的节点位移和内力,并将计算结果与有限元结果作对比.结果表明:该方法是一种经济可靠的结构分析计算方法,可用于单层柱面网壳结构及其他网壳结构的计算.     

锥壳的扭转变形

应用薄壳理论研究了锥壳轴对称扭转变形所应满足的基本方程，建立了应力与位移解析式，给出了集中力偶作用下刚性圆顶锥壳的扭转精确解．     

再论圆柱壳稳定性问题的有限元分析

本文在文献〔1〕的基础上,对圆柱壳稳定性问题做了进一步讨论。在位移模式中,全面考虑z、x、y向的位移w、u、v,其中u、v是利用中曲面内沿周向无伸长及无剪切变形条件而以w表达。根据大挠度几何方程推导了单元的弹性和几何刚度矩阵。最后,把稳定性问题转化为最大特征根问题求解。文中给出了计算实例,结果表明:有限元计算与理论分析吻合较好,而且有限元方法具有广泛的使用范围。     

扁壳弯曲分析的混合样条元法

提出一种扁壳弯曲分析的混合样条元法，应用三次B样条函数构造出弯矩、扭矩、薄膜力和横向位移场函数。根据混合变分原理，推导出扁壳弯曲问题的二类变量混合样条元方程。该方法对求解壳体弯曲问题非常有效，数值结果已在计算机中得以实现。