薄壁钢梁的临界跨高比

本文通过对薄壁钢梁横力弯曲正应力的分析，以均布荷载简支矩截面梁跨高比等于５为标准，提出薄壁截面钢梁临界跨高比的概念，并给出各种支承形式、各种荷载形式、各种截面特征薄壁钢梁临界跨高比的计算方法及梁类型的判断标准．     

平面薄壁回旋曲线梁变形分析

薄壁缓和曲线梁在桥梁工程中存在广泛应用,其力学特性复杂,变形分析困难.基于Vlasov薄壁梁理论,假定曲梁截面形心和剪心重合,并忽略剪切变形的影响,建立了回旋线型等截面薄壁缓和曲线梁的变形微分方程,并与已有模型进行对比分析.该模型平面内变形与平面外变形是不耦联的,可以独立求解.采用微分求积法求解该模型,给出一两端固定的回旋曲线梁在自重作用下的变形算例,进行平面外的变形和内力反应分析,并给出了相应的结论.     

计算弯曲中心的理论公式及其应用

 使用弹性力学的Saint-Venant弯曲理论定义了一般截面的弯 曲中心并给出了精确的计算公式(对薄壁和非薄壁截面均适用)，在开口薄壁截面的情形， 由材料力学给出的关于不同截面的弯曲中心公式都可由本文的理论公式经近似分析获得.     

复杂工程约束下基于NSGA-Ⅲ的车身梁截面优化设计

在汽车概念设计阶段,车身常由薄壁梁简化而成,其截面对轿车白车身刚度有直接影响。多室的薄壁梁截面极其复杂,在设计过程中不仅需考虑其力学性能,还需符合制造加工过程的各种工艺约束。本文基于薄壁梁截面设计的装配性与制造性等实际工程约束,提出一种梁截面形状控制方法以兼容多种工程约束。定义了梁截面多目标优化模型,以基于参考点的遗传算法NSGA-Ⅲ作为高维多目标优化问题算法,实现了相应的软件模块对截面惯性矩和扭转常量等参数进行优化。最终通过算例测试证明此方法的有效性。     

新型截面耐撞梁及其冲击吸能性能分析

提出了一种类似泡沫填充结构的轻质高吸能内部加筋薄壁梁的截面型式(加筋薄壁梁),采用数值仿真技术,以初始冲击力峰值、总吸能、比吸能为指标分析了该截面型式梁的抗弯性能.与同等质量的空心方形梁和泡沫铝填充梁进行比较,发现加筋薄壁梁的吸能性能(或比吸能)显著提高.同时初始冲击力峰值也有大幅下降,说明这种加筋薄壁梁是新型保险杠的良好截面型式.     

考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵

推导了薄壁空间梁单元刚度矩阵 ,考虑了双向弯曲及截面约束扭转对杆件轴向变形的影响 ;计算了截面的翘曲变形 ,以及二次剪应力对翘曲变形的影响 ,可适用于任意截面 (包括开口、闭口和混合剖面 )的薄壁杆件。计算结果表明 ,考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵有相当好的精确度 ,可以用于薄壁杆件的静动力分析。     

直接基于单元平衡的变截面梁反应分析方法

固定形状的单元位移插值函数不能合理地近似变截面梁内部的位移变化,从而影响了传统梁单元用于计算变截面梁的精度.采用直接基于单元平衡的思想给出了计算变截面梁反应的有限元方法,解决了单元位移插值函数局限性所带来的问题.导出了变截面梁单元的单元刚度矩阵、单元等效节点荷载和单元一致质量矩阵.在此基础上,利用编制的程序进行了算例验证与分析.算例验证了本文理论的正确性,表明本文方法具有很高的计算精度.     

形状记忆合金纤维复合材料薄壁梁的主动变形模型

提出具有变形主动驱动作用的SMA纤维混杂复合材料单闭室薄壁截面梁的力-位移本构关系模型。基于变分渐进法导出具有SMA主动纤维的复合材料薄壁空心梁的二维截面刚度系数以及截面内力（矩）与位移（转角）关系方程,含SMA纤维层合板材料性能由混合率进行预测。基于Tanaka的SMA应力应变关系以及Lin的线性相变动力模型,导出了SMA诱发的轴力、扭矩与弯矩的数学表达式。由本文建立的具有拉伸-扭转-弯曲静变形耦合的一般公式出发,讨论周向均匀刚度配置以及周向反对称刚度配置特殊情形,并给出了简化的本构方程。在不考虑SMA纤维含量和温度变化的情况下,本文的模型可以退化为普通纤维复合材料单闭室薄壁截面梁的已有结果。通过数值计算揭示了SMA对弯曲-扭转静变形特性的作用规律,分析了SMA纤维含量与初始应变、驱动温度和复合材料铺层角的影响。     

一个改进的平面梁单元

根据有限单元法基本原理 ,提出了一个变截面平面梁单元 ,推导了其单元钢度矩阵。这一改进的梁单元用于分析梁高呈线性变化及二次抛物线变化的矩形截面梁 ,将得到准确解。文中给出了一个变截面悬臂梁算例 ,计算表明 ,这一改进的梁单元使变截面梁的分析大大简化     

旋转SMA纤维混杂复合材料薄壁梁的自由振动

研究具有SMA主动纤维的旋转复合材料单闭室薄壁截面梁的耦合自由振动问题.基于Hamilton原理并结合SMA纤维复合材料薄壁梁的二维截面内力(矩)与位移(转角)关系方程,导出旋转单闭室截面薄壁复合材料梁的1D耦合自由振动分析模型.该模型还考虑薄壁梁调矩角和预锥角的作用.采用Galerkin法求解振动模型,获得梁耦合振动...     

薄壁截面梁的歪曲屈曲

本文在梁的整体屈曲分析中,废除了传统的刚性截面假定(刚周边假定),允许梁截面自由地歪曲,进而研究了薄壁截面梁的歪曲屈曲性能。分析中采用了样条有限条法,考虑了各种不同的荷载形式、支承条件和边界约束。这一方法与有限元法相比较,计算工作量大大地减少。数值计算结果表明,在梁长细比的较大范围内,歪曲屈曲模型对梁的设计起控制作用。     

辐射换热下瞬态热-结构分析的一种空间薄壁杆单元

发展了一种用于辐射换热条件下瞬态热-结构分析的空间薄壁杆单元,其截面形式可以是任意形状的闭口截面和单支开口截面。该单元温度场分解为平均温度和多谐摄动温度,沿杆轴方向采用两结点线性插值,沿杆截面周向用三角函数展开,每结点含多个解耦的自由度,其中结点平均温度方程同传统一维温度有限元方程为非线性,各谐摄动温度方程为线性,然后利用Wilson-θ法求解结构的瞬态温度场。本文选择了两节点Ber-noulli直梁单元得到准静态热弹性有限元方程并求解,针对非对称开口截面考虑了翘曲变形及弯扭耦合的影响。温度场引起的等效热载荷不仅包括常规的热轴力,还包括热弯矩以及热双力矩。本文针对不同截面形式的梁单元给出了瞬态温度场以及热变形的验证算例,并通过与商业程序中二维壳元计算结果的比较说明了本文所提出方法的正确性和高效性。     

形状记忆合金混杂复合材料薄壁梁主动变形模型

提出具有变形主动驱动作用的SMA纤维混杂复合材料单闭室薄壁截面梁的力-位移本构关系模型.基于变分渐近法导出具有SMA主动纤维的复合材料薄壁空心梁的二维截面刚度系数以及截面内力(矩)与位移(转角)关系方程,含SMA纤维层合板材料性能由混合率进行预测.基于Tanaka的SMA应力应变关系以及Lin的线性相变动力模型,导出了SMA诱发的轴力、扭矩与弯矩的数学表达式.由该文建立的具有拉伸-扭转-弯曲静变形耦合的一般公式出发,讨论周向均匀刚度配置以及周向反对称刚度配置特殊情形,并给出了简化的本构方程.在不考虑SMA纤维含量和温度变化的情况下,本文的模型可以退化为普通纤维复合材料单闭室薄壁截面梁的已有结果.通过数值计算揭示了SMA对弯曲-扭转静变形特性的作用规律,分析了SMA纤维含量、驱动温度和复合材料铺层角的影响.     

深孔钢闸门主梁薄壁截面剪切形状系数分析

本文通过对薄壁深梁截面剪切形状系数Ｋ按精确方法计算与按近似方法计算的比较，指出现行结构力学教程中建议的工字形、箱形截面的Ｋ值误差很大，对工程设计是不安全的，建议对于这类薄壁深梁的Ｋ应按精确公式计算     

薄壁箱形曲梁分析

对于工程中常见的,特别是在大城市立体交叉桥梁广泛应用的,截面周边可变形的薄壁梯形曲轴箱梁,本文试图演引可供实用的挠曲扭转理论。运用圆柱座标,先分析箱板微元的应变和应力,然后运用能量变分原理导出梁的挠曲扭转弹性平衡微分方程。这是截面周边可变形的矩形和梯形薄壁直轴箱梁的挠曲扭转理论[1]、[2]的推广。最后讨论了微分方程的解法,特别是梁有限元法。     

Timoshenko转轴模型的若干讨论

本文讨论多自由度转子系统用Timoshenko梁模型取代工程梁模型作动力分析引起的定量修正。对小剪切变形和小陀螺效应情况导出了各阶临界转速和回转形态的摄动样。该解的表达式清晰展现了剪切变形和转动惯量对临界转速的影响,从而为是否采用Timoshenko梁模型提供了定量判据。本文还证明了,除薄壁截面转轴外,对一般转轴,其剪切变形和转动惯量对临界转速有同量级影响,应予同等对待。     

A NEW SPATIAL THIN-WALLED BEAM ELEMENT INCLUDING TRANSVERSE AND TORSIONAL SHEAR DEFORMATION

基于Timoshenko梁及Benscoter薄壁杆件理论,建立了考虑剪切变形、弯扭耦合以及翘曲剪应力影响的空间任意开闭口薄壁截面梁单元. 通过引入单元内部结点,对弯曲转角和翘曲角采用三节点Lagrange独立插值的方法,考虑了剪切变形和翘曲剪应力的影响并避免了横向剪切锁死问题;借助载荷作用下薄壁梁的截面运动分析,在位移和应变方程中考虑了弯扭耦合的影响. 通过数值算例将该单元的计算结果与理论解以及商用有限元软件和其他文献中的数值解进行对比和验证,结果对比表明该薄壁梁单元具有良好的精度和收敛性.     

Further discussion on the effect of shear deformation on structure displacement in structural mechanics

剪切变形对位移的影响程度,不仅取决于高跨比,截面形式对其影响也较大. 通过实例讨论了工程中广泛采用的三种形式截面：一般截面、薄壁型截面、复合材料截面. 分析表明：（1） 相较于一般截面形式,薄壁型截面梁中剪切变形对位移的影响较大,尤其是短而高的薄壁梁,剪切变形引起的位移更不能忽略. （2） 复合材料截面梁,剪切变形引起的位移受截面材料弹性模量比、不同材料截面高度比影响较大：截面材料弹性模量比越大,加强材料越厚,剪切变形对位移的影响越大. 这会导致复合材料截面,即使是细长的梁,剪切变形引起的位移有时也不能忽略.     

对结构力学中“剪切变形对位移的影响”的进一步探讨

剪切变形对位移的影响程度,不仅取决于高跨比,截面形式对其影响也较大.通过实例讨论了工程中广泛采用的三种形式截面:一般截面、薄壁型截面、复合材料截面.分析表明:(1)相较于一般截面形式,薄壁型截面梁中剪切变形对位移的影响较大,尤其是短而高的薄壁梁,剪切变形引起的位移更不能忽略.(2)复合材料截面梁,剪切变形引起的位移受截面材料弹性模量比、不同材料截面高度比影响较大:截面材料弹性模量比越大,加强材料越厚,剪切变形对位移的影响越大.这会导致复合材料截面,即使是细长的梁,剪切变形引起的位移有时也不能忽略.     

基于塑性铰理论的车身概念设计正碰分析与优化方法

在概念设计阶段,车身碰撞安全性能评价是一个难点问题,需要详细的结构模型,本文基于塑性铰理论提出采用梁单元简化模型对框架车身进行概念设计阶段的耐撞性评估和优化设计方法。首先,介绍了关于箱型截面薄壁梁弯曲特性研究的理论模型与计算过程,接着赋予梁单元塑性铰的特性,模拟薄壁梁变形,再对框架车身进行了碰撞仿真。将仿真结果与详细模型对比,以分析简化模型的精度及可靠性。最后,以此为基础对框架车身进行耐撞性优化。结果表明,该简化模型易于创建,且有较高的精度,可用于概念设计阶段梁结构的设计工作。