基于有限元的圆弧拱弯扭屈曲理论的对比研究

文章设计了不同构件的截面形式和尺寸,在相关学者研究的基础上对拱形结构的弯扭屈曲进行了有限元模拟,将有限元结果与理论结果进行对比,以验证相关理论在实际工程运用中可能存在的问题.     

单轴对称工字形截面圆弧拱的屈曲分析

根据文献[1]提出的任意开口薄壁截面圆弧曲梁的翘曲位移表达式,本文利用能量原理导出了单轴对称工字形截面拱的稳定平衡方程。文中主要对工字形截面拱在均布径向荷载 (均匀受压 )和两端作用大小相等、方向相反的端弯矩 (均匀弯曲 )条件下的弯扭屈曲进行分析,给出临界荷载的理论解答;考虑了工字形截面不同放置时拱失稳模式的不同,分析截面不对称性对临界荷载的影响,并与已有的文献进行比较。     

复合荷载作用下简支钢梁弹性弯扭屈曲研究

为建立复合荷载作用下简支钢梁弹性弯扭屈曲的设计理论,提出不同类型、不同作用点的横向荷载和不等端弯矩共同作用下的弯扭屈曲总势能方程。采用Rayleigh-Ritz法推导复合荷载作用下临界弯矩M_cr的通用计算式及系数（参数）C₁′、C₂′a、C₃′的计算式,并得到复合荷载作用的C₁′、C₂′a、C₃′与单一荷载作用的系数C₁、C₂、C₃的关系。采用Rayleigh-Ritz法推导临界荷载的通用计算式,并通过数值算例验证其正确性,最后分析钢梁自重对弯扭屈曲临界荷载的影响。研究表明：复合荷载作用下的临界弯矩Mcr通用计算式可完全采用单一荷载作用下的M_cr通用计算式表示;钢梁自重对其弯扭屈曲临界荷载的影响较小,计算中可忽略不计。     

双轴对称楔形工字钢梁的弹性弯扭屈曲

本文利用基于板壳屈曲理论的有限元方法对楔形薄壁构件的弯扭屈曲进行了分析,对两种基于薄壁杆件理论的楔形工字钢梁弯扭屈曲分析方法进行了对比。基于较精确的楔形薄壁构件屈曲理论,对承受线性变化端弯矩作用的楔形梁的弯扭屈曲进行了大量分析,并提出了新的楔形工字钢梁临界弯矩计算公式。该公式形式与等截面梁的相同,便于工程应用。     

复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩研究

基于由完备的复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲总势能方程推导的平衡微分方程,采用Galerkin法推导了考虑横向荷载作用点高度和横截面不对称参数的复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩的计算式,建立了等效弯矩系数的计算理论。依据等效弯矩系数的计算理论确定了7种常见工况的等效弯矩系数理论计算式并给出了6种特殊工况的Cb实用计算式,从Cb计算式的计算精度、适用范围和形式三个方面对国内外文献的Cb计算式进行对比,验证了等效弯矩系数理论的正确性并提出了Cb计算式的选用准则,最后通过2个数值算例验证了复合荷载作用下钢梁临界弯矩Mcr计算式的正确性和Cb计算式选用准则的合理性。结果表明：考虑了横向荷载作用点高度和横截面不对称参数的复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩的计算式形式简单、物理意义明确且便于计算;Cb实用计算式的适用范围广且精度高;等效弯矩系数的选用准则合理、有效。     

单轴对称截面轴心受压构件的弯扭屈曲设计问题

阐述单轴对称截面轴心受压构件弯曲屈曲和弯扭屈曲两种失稳形式,以及绕截面对称轴弯扭屈曲换算长细比的计算方法和应用实例。     

简支楔形工字钢梁的弹性弯扭屈曲

用有限元法计算了双轴和单轴对称楔形工字钢简支梁在不等端弯矩作用下的弹性弯扭失稳临界荷载,与CECS102:2002中公式的计算结果进行了对比,发现后者偏大15%~45%。提出了新的变截面梁临界弯矩计算式,其表达形式与等截面梁的公式相同,便于工程应用。     

Ⅰ形构件横向集中荷载下的弯扭屈曲临界荷载

根据美国某体育馆的工程事故，阐明了钢结构稳定性的重要性，以双向对称I形构件为例，应用能量法这一稳定性计算方法分析了其在跨中横向集中荷载作用下的弯扭屈曲临界荷载，以有效提高钢结构的稳定性。     

薄壁悬臂构件的弹性弯—扭屈曲作用

以往的研究表明,广泛用于分析薄壁梁的弯一扭屈曲作用的两个差异不大的具有代表性的理论,用于评估具有单轴对称横截面的简支梁的临界荷载时,会导致两种不同的解决方案。这两种解决方案可能会导致在这些单轴对称梁中出现有明显差异的临界荷载。基于屈曲分析中所采用的经典变分原理,作者提出一个新的理论,用于分析薄壁构件的弯一扭屈曲作用。文中采用了这三个理论来分析悬臂结构的弯一扭屈曲作用。首先进行简短回顾,并使用三种不同理论对薄壁悬臂结构的弯一扭屈曲作用进行详细的对比分析。在纯弯曲和两种典型的横向分布荷载作用下对悬臂结构的屈曲进行分析,表明三种理论的确存在差异。采用第三种理论,考虑梁长度的变化和沿梁横截面纵轴的加载位置,对两种典型的横向分布荷载下双向对称悬臂结构的临界荷载进行预测,与现有解决方案和有限元分析所得到的关键结果进行对比,可知将新方法具有：良好的准确性和易用性等优点。     

复合荷载作用下双轴对称工字形悬臂梁的弯扭屈曲分析

基于能量变分法,推导了均布荷载和端部作用集中荷载下的双轴对称工字形截面悬臂钢梁的弯扭屈曲总势能方程,其中截面弯扭屈曲变形的位移和转角分别选用一项和无穷项傅里叶级数来表达模态试函数.根据最小势能原理无量纲化后,获得复合荷载作用下悬臂钢梁无量纲的临界荷载的解析解;通过无穷级数形式解答的无量纲临界弯矩的解析解进行收敛性分析,...     

支座约束对拱平面外屈曲荷载的影响

通过与文献中试验结果的比较,验证了可以采用ANSYS软件中的Beam189梁单元模拟弹性拱的平面外屈曲,计算了四种约束条件下拱的内力和平面外屈曲荷载.结果表明,拱圆心角较小时支座约束对拱的平面外屈曲荷载影响较大,随着圆心角的增大,四种支座约束条件下拱的屈曲荷载越来越趋于一致,文章从受力的角度给予了解释.     

圆弧钢拱破坏荷载的理论计算

拱结构经常在桥梁、屋顶等大跨结构中使用。尽管这些结构构件容易出现各种失稳现象,但其中短粗拱或细长拱的侧向水平连接失效是由塑性破坏而非平面内或平面外屈曲引起的。通过极限荷载方法分析塑性破坏荷载,以最大限度地发挥截面的塑性能力和出现塑性铰后的内力重分布能力。描述了竖向荷载下圆弧钢拱塑性破坏荷载的计算方法。使用塑性力学中的上限法、下限法和位移协调法来计算塑性破坏荷载,压力致使拱截面的容许塑性力矩减小。确定外荷载与容许塑性力矩之间的非线性关系后,使用迭代法得到塑性破坏荷载。利用有限元方法对分析结果进行检验,二者的分析结果相吻合。最后基于迭代法绘制设计图。     

钢拱结构的弯曲-扭转热屈曲

对横截面上分布线性梯度温度场的双轴对称工字截面钢拱结构的侧向屈曲性能进行研究。钢拱结构存在面内线性梯度温度场,产生面内曲率,从而使结构伸长。继续提高温度差和平均温度,结构所受弯矩和轴向压力将增至临界值。此时,结构背离初始平衡位置,发生侧向扭转屈曲破坏。采用一种新型的非离散机械方法模拟屈曲前的钢拱性能,而采用经典屈曲理论确定弯曲-扭转屈曲的临界温度。本方法要求采用迭代法确定临界温度梯度和临界平均温度。通过全面参数分析,研究热梯度变化和临界温度。本模型能给出封闭解,可用于基于性能的钢拱结构耐火设计和分析。     

工字形等截面悬臂横梁弯扭失稳问题解析解研究

推导了工字形等截面(双轴对称等截面和单轴对称等截面)悬臂横梁的弯扭失稳问题的解析解,与有限元程序ANSYS得到的数据进行对比,验证了推导解析公式的有效性。研究结果表明:对于双轴对称工字形等截面悬臂横梁,解析公式与ANSYS数值分析结果吻合较好,对于单轴对称截面则相对误差较大,分析了产生误差的原因。     

带孔冷弯薄壁钢构件的屈曲研究(英文)

自20世纪40年代以来,带孔冷弯薄壁钢构件因为具有节省钢材且容易形成异型构件等优点而在全世界范围内得到广泛应用。但是早先的研究只局限于受压或受弯个别构件的弯曲屈曲研究。带孔冷弯薄壁构件的分析和设计相当复杂,尤其是当开孔形状及位置不规则时更是如此。从理论分析出发,并结合文献中给出的一系列试验资料,通过多个算例,介绍了带孔的和不带孔的冷弯薄壁钢构件弯扭屈曲和畸变屈曲的计算方法。     

Flexural-torsional buckling behavior of aluminum alloy beams

This paper presents an investigation on the flexural-torsional buckling behavior of aluminum alloy beams (AAB). First, based on the tests of 14 aluminum alloy beams under concentrated loads, the failure pattern, load-deformation curves, bearing capacity and flexural-torsional buckling factor are studied. It is found that all the beam specimens collapsed in the flexural-torsional buckling with excessive deformation pattern. Moreover, the span, loading location and slenderness ratio influence the flexural-torsional buckling capacity of beams significantly. Secondly, besides the experiments, a finite element method (FEM) analysis on the flexural-torsional buckling behavior of AAB is also conducted. The main parameters in the FEM analysis are initial imperfection, material property, cross-section and loading scheme. According to the analytical results, it is indicated that the FEM is reasonable to capture mechanical behavior of AAB. Finally, on the basis of the experimental and analytical results, theoretical formulae to estimate the flexural-torsional buckling capacity of AAB are proposed, which could improve the application of present codes for AAB.