板锥网壳结构的设计与施工

板锥网壳结构是一种受力性能合理,技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文对板锥网壳结构的设计与构造、施工与安装进行探讨,着重研究了复合材料层合板的设计计算,提出了种适用于板锥网壳结构的新型节点形式。     

板锥网壳结构的动力分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理，技术经济效益良好的新型空间结构形式。首先采用子空间迭代法对板锥网壳结构的自振特性及其影响因素进行了系统分析研究，并与普通双层网壳结构进行比较，然后分别采用振型分解反应谱法和时程分析法对板锥网壳结构进行了地震响应分析，得出了可应用于工程实践的重要结论。     

一种有限元结构动态计算的过渡元—9节点板壳—实体元

本文利用三维八节点实体元和八节点曲壳超参数单元构造出一种９节点板壳－实体过渡元，该元具有三维实体和曲壳的双重属性，可用于一些板壳－实体结构的动态计算，由于该元要求与的实体，板壳元各划分简单，单元结点数较少，动态计算精度能满足工程精度要求，所以该元具有一定的实用价值。     

层合板层间断裂分析的组合界面单元及其特性

提出了一种由刚性元和零厚度的内聚力单元组合而成的新型界面单元,该界面单元嵌在板壳结构界面之间,可用来模拟界面损伤的起始和演化,能考虑板壳的平动和转动对分层损伤的作用。该界面单元具有有限厚度,八个结点,每个结点有五个自由度,通过刚性元将板壳单元结点的位移和结点力转换到内部零厚度的内聚力单元上,界面损伤通过内聚力单元的损伤演化体现出来。采用板壳单元和新型界面单元建立有限元模型,对混合弯曲(MMB)试验和双悬臂梁(DCB)弯曲试验进行了计算模拟,计算结果能很好地模拟结构的界面损伤过程。相比传统的用内聚力单元和三维实体单元组成的模型,建模方便,在精度相当的前提下,可以使单元尺寸增大一倍,减少裂尖内聚力区域(cohesive zone)内的单元数量,缩小计算规模,提高计算效率。     

改进傅里叶级数法求解封口锥柱球组合壳的自由振动

提出了一种改进傅里叶级数的半解析方法分析封口锥柱球组合壳的自由振动特性。基于能量泛函,结合经典薄板理论和Love壳体理论,建立了组合结构的理论模型,研究了不同柱壳长度,不同锥球半角以及不同厚度端板下锥柱球组合壳的固有频率。该方法下的各子壳结构位移由标准的傅里叶级数和辅助收敛函数组成,既克服了传统傅里叶级数在子壳结构交接处的不连续性,又提高了计算的收敛精度和速度。研究表明:该方法收敛性较好,所得理论计算结果与有限元结果比较一致。通过分析固有频率,发现改变长度,半角,端板厚度均会对锥柱球组合壳的自由振动产生较明显的影响。     

板壳结构动力响应的随机有限分析

本文利用随机有限元法对板壳结构进行弹性动力响应分析。分析中计及材料性能和几何尺寸的随机性,随机性的表述是利用等参局部平均模型。研制了了三角形板壳单元的计算程序。数据计算结果显示本文的方法和程序均是有效的。     

拉索_网壳结构的动力特性和非线性动力反应

将空间网壳结构与拉索有机结合便形成拉索-网壳结构体系。该体系不但具有美学特征，更可进一步增大跨度。基于泰勒数学展开公式和变分原理，推导了具有二阶精度的空间杆单元几何非线性刚度矩阵；研究了拉索单元非线性问题，得出了其切线刚度矩阵；给出了结构非线性力学响应计算策略等。通过数值计算，分析了结构动力特性和非线性地震动力响应问题。计算结果显示，拉索-网壳结构的自振频率皆明显高于对应的网壳结构，且频谱较为密集，甚至不同序号的自振频率几乎相同，拉索-网壳结构的地震动力响应不但与拉索长度、截面尺寸、预拉力和布置方式有关，还与塔柱高度、截面尺寸等有关。     

用于AGS结构分析的混合法

结合均匀化模型和加筋单元模型构造了一种混合模型用来分析复合材料格栅加筋板/壳结构（AGS）。所构造的加筋单元模型是一种高性能协调转角独立加筋板壳单元,保持了肋骨和蒙皮位移场的协调性,同时还满足肋骨和蒙皮具有独立转动条件,该单元中肋骨的方向和位置任意。混合法具有精度高、速度快等特点。通过典型算例讨论了肋骨间距和高度对均匀化模型计算结果精度的影响,通过对带孔复合材料AGS板孔边特殊点应力值的分析证明了混合法的有效性。      

一种有限元结构动态计算的过渡元──9节点板壳－实体元

本文利用三维八节点实体元和八节点由壳超参数单元构造出一种９节点板壳－实体过渡元。该元具有三维实体和曲壳的双重属性。可用于一些板壳－实体结构的动态计算。由于该元要求与之相联的实体，板壳元网络划分简单，单元结点数较少，动态计算精度能满足工程精度要求，所以该元具有一定的实用价值。     

复合材料迭层板壳有限单元法现状分析

本文从剖析单元构成因素的角度出发,综合评述了目前用于复合材料板壳结构分析的各种有限单元,分析了这些单元的特点及其适用范围,并说明Mindlin类等参板壳单元广泛应用迭层板壳的原因以及存在问题、解决办法。还深入地讨论了杂交单元应用至迭层板壳计算的优点。     

考虑杆件失稳的网壳结构稳定分析方法

网壳结构在整体失稳之前可能存在杆件失稳, 但目前网壳稳定分析中大多没有考虑杆件失稳问题。该文通过引入杆件初始缺陷的方法研究杆件失稳对网壳结构整体稳定性的影响。首先讨论了单根杆件的单元划分数量、缺陷形式和缺陷幅值的确定方法, 进而分析网壳结构单根杆件失稳后的内力变化及对网壳整体稳定性的影响。算例分析表明:网壳整体稳定分析中可通过对杆件施加初始缺陷有效地考虑杆件失稳的影响;对整体失稳前存在杆件失稳的网壳结构, 有必要引入杆件缺陷考虑杆件失稳的影响, 不考虑杆件失稳会过高估计结构的承载能力。最后提出了网壳结构稳定分析的合理计算流程, 与试验结果的比较表明该文方法合理、有效。     

沉管隧道结构有限元建模及模型有效性研究

对不同的沉管隧道结构建模方法进行对比,研究采用两种不同类型的单元对沉管隧道结构计算模型有效性的影响,并通过试验进行验证。结果证明采用板壳单元进行建模时可得到较高精度的结果。结论可用于结构和周围介质较为复杂的沉管隧道这类大型地下工程动力特性分析与计算,将有效提高计算结果的准确性和效率。     

考虑损伤累积及杆件失稳效应的网壳结构极限承载力分析

为准确分析地震作用下网壳结构的极限承载力,推导了适用于网壳结构常用杆件圆钢管的考虑损伤累积的混合强化本构模型;引入了杆件失稳判别条件和杆件失稳后的力学模型;编写了考虑损伤累积和杆件失稳效应的基于有限元软件ABAQUS 空间梁单元的材料子程序VUMAT-DMB。通过与理论计算结果和已有试验结果进行比较,验证了所编程序的正确性和准确性。算例分析表明:考虑损伤累积对网壳结构极限承载力影响不大,杆件失稳效应将明显降低网壳结构极限承载力。     

基于振动功率流的板-壳耦合结构振动传递特性研究

为探究板壳间的振动传递机理,建立一种L型板-圆柱壳耦合结构有限元模型,并结合有限元理论给出板壳间振动传递功率的计算方法。利用ANSYS计算板-壳耦合结构的振动传递功率,分析L型板夹角、板长、板厚及激励等因素对结构振动传递的影响。研究发现,可以通过减小L型板夹角、增大板长和板厚、合理调整激励方向及位置等方式降低结构振动传递功率,减小板壳间振动传递的能量,改善结构的振动传递特性。     

新型网壳结构的应用与发展

本文阐述了组合网壳结构，局部双层网壳结构，预应力网壳结构，斜拉网壳结构及索弯顶等种新型网壳结构的应用与发展，指出了这些新型网壳结构的受力特性和在设计，分析中应注重的若干要点。     

复合材料层合锥柱结合壳的有限元强度分析

本文应用各向异性层合壳体理论的有限元位移法对层合锥柱结合壳进行了强度分析。给出了各向同性锥柱结合壳和复合材料层合维柱结合壳的数值结果。各向同性锥柱结合壳的数值结果和三维弹性理论的有限元法计算结果作了比较,两者符合得很好。复合材料层合锥柱结合壳的数值结果也和用轴对称曲壳单元程序的计算结果作了比较,两者也很一致。      

蜂窝锥壳结构动力学特性试验研究

通过模态试验对蜂窝结构锥壳结构的纵向固有频率和阻尼比进行了识别,并与数值仿真结果进行了对比。通过对比发现:复合材料以及蜂窝结构的应用能够降低该结构的固有频率并增加阻尼比;通过振动台试验,对锥壳-质量系统的动力学响应进行了研究,试验结果表明该锥壳结构对于85Hz以上的振动能够有效隔离,从锥壳下端至上端振动幅值衰减大于40%,具有理想的隔振效能。     

复合材料双层锥壳与环板耦合结构振动特性研究

采用谱几何法对不同边界条件下复合材料双层锥壳与环板耦合结构的振动特性数学模型进行建立,采用改进傅里叶级数对位移容许函数进行设置。采用虚拟边界弹簧技术,通过设置3组线性弹簧和2组扭转弹簧模拟不同的边界条件。采用哈密尔顿原理,结合耦合结构连接处的连续性条件,对锥环耦合结构振动系统的特征方程进行推导,进而获得耦合结构的固有频率和振动响应。通过与有限元法得到的结果进行对比,验证该方法的正确性。同时,开展了相关参数化研究,分析了不同参数对复合材料双层锥壳与环板耦合结构振动响应的影响情况。     

基于退化理论的空间梁单元有限元分析

从双线性退化板壳单元出发,演绎推导出了一种可以应用于空间有限元分析的退化梁单元。退化梁单元采用基本的平截面假设,并用轴线节点位移来表示梁单元的三维位移场。在进行单元有限元列式时,仍然沿用三维结构的几何方程和物理方程。在退化梁单元的理论基础上编制了有限元计算程序,通过对几个算例的分析,证明了这种基于退化理论的空间梁单元的精确、高效和通用,这种单元也可以广泛应用于大型结构空间双重非线性有限元分析。     

冲击荷载下网壳结构的失效模式及其动力响应特性

为系统全面确定网壳结构的冲击失效模式, 通过大量的参数计算研究网壳结构(包括Kiewitt-8型球面网壳、短程线型球面网壳、肋环斜杆型球面网壳、柱壳)的冲击响应特性, 并以Kiewitt-8型单层球面网壳为例, 总结分析网壳结构冲击失效的4个典型算例, 详述各类失效模式下网壳结构冲击失效的全过程及其荷载作用、结构特征响应、能量传递与转化特点;然后依据不同冲击荷载下网壳的冲击失效特点, 定义了网壳结构的3类失效模式(结构局部凹陷、结构整体倒塌、结构冲切破坏)。为揭示网壳结构的冲击失效机理并提出防护建议做了基础性工作。