有限元模型的整体刚度矩阵集成

在有限元分析过程中,定位单元刚度矩阵中的元素在整体刚度矩阵中的位置,对结构分析模型的正确建立起着重要作用.为了探究单元刚度矩阵向整体刚度矩阵的集成规律,推导了单元刚度矩阵和整体刚度矩阵之间的对应关系,得到单元刚度矩阵元素在整体刚度矩阵中的位置,依据单元结点号与结构整体坐标系下的结点编号的对应关系建立了统一的关联表,形成基于关联表的整体矩阵集成方法.与目前常用的结点平衡法相比,新建立的整体矩阵集成方法物理意义明确,建模过程简便快捷,且可靠稳定.算例分析结果表明该方法适合用有限元编程实现.     

索桥结构的非线性有限元法

结合新型倒张拱索桥结构特点,考虑索桥非线性大变形性质,提出三节点二次曲线元,直梁单元和杆单元共存的混合单元有限元模式,从结构整体上模拟索桥.由 Reissner 广义变分原理导出曲线元,梁单元的刚度矩阵,并得到用节点坐标表示的大位移空间杆的单元刚度矩阵,实现了索、梁、杆单元的位移协调,得到整体规模下的有限元运动方程.用 Newton-Raphson 方法求解静力问题.实例的计算结果与实测值对比吻合较好,表明方法是正确和可行的.     

钢框架弹塑性大位移分析的单元刚度矩阵

根据框架结构的塑性铰形成机理,将传统的梁柱法与有限元单元法相结合建立了梁柱简化塑性区单元模式大位移量刚度矩阵。     

类等参三维动态八结点有限元的建立及其理论推导

为了改进三维动态有限元的应用,在文献的基础上,本文建立了一种类等参三维动态有限元。这种单元的动态位移形函数是在局部坐标系下形成的,使得其单元刚度矩阵和质量矩阵的形成与一般等参单元的方法相一致,便于应用,与文献[1]相比具有简单、明了的优点。通过算例分析,验证了本文     

基于精细梁模型的向量式有限元分析

精细梁不同于Euler梁和Timoshenko梁,该模型在考虑剪切变形的同时还考虑了横向弯曲时截面转动产生的附加轴向位移及横向剪切变形影响截面抗弯刚度后产生的附加横向位移。推导了适用于向量式有限元分析的精细梁单元应变和内力表达式,采用FORTRAN自编了向量式有限元程序。对悬臂梁、两端固支梁和门式框架进行了算例分析,对比了采用不同梁单元模型下结构的竖向位移。结果表明:当高跨比较小时,3种梁单元的竖向位移相差不大;当高跨比较大时,精细梁单元的竖向位移较Euler梁和Timoshenko梁明显增大,表明剪切变形及刚度折减引起的附加轴向位移、附加横向位移不能忽略。精细梁单元模型对高跨比较大的梁进行分析可望得到更精确的结果。     

梁杆结构稳定性分析中的传递矩阵模型缩减法

为了准确地分析梁杆结构的稳定性问题并降低系统刚度阵的阶数,提出了基于传递矩阵法和精确有限元的模型缩减法.将具有弹性支撑的非共线链式分支子结构当作一个超单元,结合梁单元精确刚度阵,使用传递矩阵法联系两端载荷和位移关系,得到该超单元在整体坐标系下的刚度阵,且该刚度阵为与普通梁单元同阶的对称方阵,可直接组装到系统刚度阵中.求解该缩减后系统刚度阵的行列式可得到结构的欧拉临界力.由于子结构的内部自由度不出现在系统刚度阵中,在保证计算精度的同时极大降低了系统刚度阵的阶数.典型算例的稳定性分析验证了方法的正确性和有效性.     

汽车随机振动的建模与仿真

以整车九自由度模型为对象,用有限元思想将汽车振动结构离散。通过单元位移变换得到单元刚度阵和阻尼阵。按照单元位移在结构位移列阵中的位置组装汽车振动数学模型的系数矩阵。经过强迫位移约束处理,得到汽车振动数学模型。用有限元的思想求取振动响应量,应用虚拟激励理论实现汽车振动响应仿真。结果表明:建模与仿真相结合为复杂汽车随机振动分析提供了可行的方法。     

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.     

类等参三维动态八结点有限元的建立及其理论推导

为了改进三维动态有限元的应用，在文献[1]的基础上，本文建立了一种类等参三维动态有限元，这种单元的动态位移形函数是在局部坐标系下形成的，使得其单元刚度矩阵和质量矩阵的形成与一般等参单元的方法相一致，便于应用，与文献[1]相比具有简单，明了的优点，通过算例分析，验证了本文理论结果的正确性和合理性。     

任意截面钢筋混凝土柱单元模型

提出了任意截面钢筋混凝土梁柱结构体系的单元模型,该单元模型同时考虑了材料非线性和几何非线性对结构体系的影响.采用三次多项式模拟混凝土、钢筋的本构关系,所推导的单元刚度计算简单、概念清晰,是单元材料非线性刚度矩阵、几何非线性刚度矩阵和位移与内力相互作用矩阵的简单迭加.提出的任意截面钢筋混凝土柱单元模式,含义清楚、计算简便,可用于分析钢筋混凝土柱因材料破坏、失稳破坏或材料非线性与结构失稳综合产生的极限承载力计算,所建立的有限元模型很容易与其他有限元模型兼容.理论分析结果与实验结果吻合较好.     

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。     

含裂纹旋转叶片结构的振动特征分析

利用铁摩辛柯悬臂梁简化模型分析计算含裂纹旋转叶片结构的固有振动特征.通过传递矩阵法推导出含裂纹悬臂梁固有频率及模态的数学方程式.分别应用传递矩阵法和有限单元法对实际悬臂梁的固有频率和模态进行计算,比较两种计算结果的差异和变化趋势.最后分析裂纹的位置和尺寸对固有频率和模态的影响.计算结果表明:传递矩阵方法能够很好地描述结构的固有振动特征,为实际工程应用提供有效的解析计算方法.     

无背索斜拉桥结构模型剪力滞效应实验研究

以长沙市洪山大桥塔梁墩固结节段模型试验为基础,应用有限元方法分析该结构模型在轴力和弯矩作用下该结构在固端的剪力滞效应,即主箱梁和桥面板各承担多少力的变化规律,给出了该结构模型剪力滞效应的变化规律及应力等值线图.     

悬臂拼装桥梁安装线形ANSYS验证

对悬臂拼装桥梁主梁的线形控制问题进行了探讨。采用ANSYS有限元软件具体研究了零初始位移法在主梁线形求解中的应用,给出了计算主梁线形的方法。     

纯弯曲理想弹塑性模型梁大变形的优化算法

目的研究纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁大变形问题.方法以受弯曲力偶作用的纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁变形后的平衡状态为研究对象，应力-应变关系采用理想弹塑性模型；再将其分为若干微段，通过整体坐标的递推关系式求得微段端点坐标，构建微段端点未知坐标的目标函数；最后确定纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁大变形的最优化问题，并编制相应优化程序进行求解.结果将本文优化算法用于分析典型算例，并同有限元方法的计算结果相比较，说明提出的优化算法的正确性和有效性.结论本文优化算法为纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁的非线性分析增加了一种新的处理方法，由于其是在变形后的位置上建立平衡方程，因此，适合于非线性分析，具有广阔的应用前景.     

An efficient wavelet finite element method in fault prognosis of incipient crack

Typical structural damage is evidenced by emergence and expansion of incipient crack that is not easy to detect[1]. The crack fault is one of the major causes for damage of the large-scale complicated structure. A serious consequence of expanding crack is frequent occurrence of grave accidents. As a consequence, one of the important orientations in the field of fault diagnosis is to monitor and prognose the location and depth of incipient crack. Prognosis of the incipient fault is a new subjec…     

基于Arlequin方法的无网格法与有限元法耦合

研究将有限元法和无网格法进行耦合的新方法.在简要介绍无网格Galerkin法及Arlequin方法的基本理论的基础上,提出基于Arlequin方法的无网格法与有限元法的耦合分析法,给出了计算列式并编制了相应的耦合分析程序.对一端部受均布竖向力作用的悬臂梁和一端固定一端受均布拉力的带边裂纹平板进行了分析,探讨了耦合分析对有限元域以及无网格域的应力或裂尖应力强度因子计算结果的影响.数值算例验证了程序的正确性,表明了基于Arlequin方法将有限元法与无网格法进行耦合分析的可行性.     

Parkes悬臂梁问题——基于最小加速度原理的有限变形弹塑性分析

以Lee的有限变形弹塑性连续体的最小加速度原理为基础 ,利用变分有限差分法 ,对Parkes悬臂梁问题进行了弹塑性数值分析 ,通过对响应过程中弯矩图变化规律的详细考察 ,清晰地阐明了梁的变形响应模式和Parkes刚塑性解的合理性 ;同时 ,也揭示了弹性效应对于早期响应的重要作用。其结果与有限元精确解的一致性表明文中方法是可靠的。     

基于ABAQUS的压电悬臂梁有限元仿真分析

介绍了压电效应与压电材料相关理论及大型有限元分析软件ABAQUS及其力电耦合场分析功能,采用有限元软件ABAQUS对压电材料悬臂梁进行分析.建立了ABAQUS软件压电悬臂梁实体模型,设定几何尺寸和材料特性参数进行性能仿真,具有很好的通用性.讨论了不同电压下电压-位移变化关系.算例结果表明ABAQUS计算结果同理论解吻合很好,具有较高的精度.     

钢-混凝土组合扁梁受力性能的有限元分析

钢-混凝土组合扁梁是将钢梁内嵌于混凝土之中的新型组合梁，它能最大限度地降低结构的高度，形成类似”无梁楼盖”的结构体系，已在住宅钢结构中推广应用，其承载性能和设计方法研究引起了结构工程界的关注．本采用通用有限元程序ANSYS研究了组合扁梁的承栽力问题，通过建模计算了简支组合扁梁、悬臂组合扁梁和框架组合扁梁的承载力和变形特征，得到了相应的荷栽-位移过程曲线，并与组合扁梁的试验结果进行了比较，验证了计算结果的正确性．