跨中集中荷载作用下弹性约束圆弧拱的稳定性分析

研究了跨中集中荷载作用下两端由不同转动刚度弹性约束的铰支圆弧拱的面内稳定性。由变形几何关系、变分原理得到了拱的非线性平衡方程,建立了外荷载、结构内力、径向位移的对应关系,通过定义拱的深浅参数和约束刚度参数进行分析,并得到了跳跃屈曲和分岔屈曲的发生条件及存在区间。通过数值分析可知本文方法所得屈曲路径和屈曲荷载与有限元法所得结论吻合良好,极值点、临界荷载相对差值在1%左右。对不同结构参数区间圆弧拱在集中荷载作用下的屈曲路径和临界荷载进行了分析,结果表明约束刚度对屈曲路径和临界荷载起决定性的作用,深浅参数决定屈曲发生条件、屈曲形式、极值点对数。     

几种变截面点阵承受面外压缩载荷的力学行为

增材制造工艺的出现使得轴向变截面点阵结构设计成为可能,变截面点阵的刚度、强度和稳定性等力学行为研究具有重要的工程意义。假定杆件横截面沿轴向呈双曲线或椭圆型变化,积分推导变截面对于杆件刚度产生的影响,在平衡方程中进行参数变换,推导出变截面对于杆件失稳特征值的解析解,并最终将椭圆型截面杆件应用于实际的金字塔点阵设计。最后引入了特征值算法和弧长法,前者证实了解析解的正确性,后者用于计算含几何缺陷的金字塔胞元后屈曲行为。解析解与数值方法均表明,对于相对密度较低的金字塔点阵,椭圆型轴向变截面杆件设计可以使得点阵刚度在基本保持不变的情况下,有效提高点阵等效压缩强度。研究结果可以为高性能变截面点阵的设计提供理论基础。     

受圆柱面约束弹性杆的平衡与稳定性

讨论受圆柱面约束的圆截面弹性杆的平衡与稳定性。以描述截面姿态的欧拉角为变量,建立受约束弹性杆的平衡方程。利用方程的初积分导出约束力、截面内力及挠性线的解析表达式。作为特殊的平衡状态,讨论杆的螺旋线平衡的存在条件。用相平面法分析螺旋线平衡的稳定性,导出解析形式的稳定性条件。     

杆的差分离散系统一个新的模态反问题

本文研究杆的差分离散系统一个新的模态反问题,所考虑的杆件是同一种均匀材料构成的,但横截面积不恒定.首先,我们给出了变截面杆的纵向自由振动方程,采用分离变量法,得到了模态方程.然后,在最一般的边界条件,即两端弹性支承的边界条件下,采用二阶中心差分公式,导出了杆的差分离散模型.结果表明,所得到的系统属于标准雅可比系统.只对...     

DNA纳米管的扭转刚度模型

刚度是衡量材料弹性变形难易程度的一个定量表征参数,与DNA纳米管静动力学特性及其结构生物功能密切相关．本文致力于研究DNA纳米管的扭转刚度．首先,在六角形均匀封装条件下,考虑到单个DNA杆件弯扭组合问题的静不定特点,我们利用平衡方程、变形协调方程和弹性本构方程,合理预测了DNA纳米管扭转实验中单个DNA杆件的弯扭组合变形,由此给出了DNA纳米管扭转刚度预测的解析模型．最后的结果表明：随着DNA杆数的增加,DNA纳米管的弯曲刚度显著增加,而其扭转刚度却几乎不变,合理解释了扭转实验中发现的现象．有关结论为DNA折叠结构的设计和应用提供了参考．     

端部切向载荷作用下的压杆失稳分析及其应用

细直杆件在压应力作用下会产生横向屈曲即失稳．直杆撞击刚性平面或拉断卸载后将形成压缩波，因承载压缩载荷的长度增加可以引起失稳．冲击速度转换的压应力沿着杆件切线方向，该处弯矩和剪力为零；而众多文献设定的失稳段固支边界条件并不准确．基于精确的杆件变形曲率方程得到端部载荷指向杆件中固定点时的受压失稳条件，得到其极限状态即载荷沿杆端切向作用时失稳长度相当于两端简支的1.5 倍．对于钢丝绳拉断形成的冲击失稳，载荷恒定而长度增加，可以产生高阶屈曲即在侧向出现多次曲折，并基于尼龙-橡胶带的模拟试验给出了定性说明．     

非局部杆纵向振动的特性研究

基于非局部理论，研究弹性杆在任意边界约束条件下的纵向振动特性．根据Chebyshev 谱级数建立非局部弹性杆的纵向位移形式．在杆的两端引入纵向约束弹簧，通过设置弹簧刚度系数，模拟经典边界及弹性边界．建立非局部杆的能量表达式，由瑞利-里兹法得到齐次线性方程组，求解对应的矩阵特征值与特征向量问题获得非局部杆的固有频率和振型．通过数值仿真计算，研究非局部特征系数与边界约束条件对非局部杆振动频率的影响．结果表明本文方法合理简便，具有良好的精度，且适用于任意弹性边界条件．     

平面框架结构内力分析、组合及配筋通用程序

本程序运用杆件系统的直接刚度法,计算结构的变形和内力.结构的形状可以是任意的,即除了常见的矩形框架外,对于包含有斜杆、变截面杆、铰接杆或节点约束的框架,程序也能适用.     

平面框架结构内力分析、组合及配筋通用程

本程序运用杆件系统的直接刚度法,计算结构的变形和内力.结构的形状可以是任意的,即除了常见的矩形框架外,对于包含有斜杆、变截面杆、铰接杆或节点约束的框架,程序也能适用.     

平面框架结构内力分析、组合及配筋通用程

本程序运用杆件系统的直接刚度法,计算结构的变形和内力.结构的形状可以是任意的,即除了常见的矩形框架外,对于包含有斜杆、变截面杆、铰接杆或节点约束的框架,程序也能适用.     

超细长弹性杆的分析力学问题

超细长弹性杆作为DNA等生物大分子链的力学模型，其平衡和稳定性问题已成为力学与分子生物学交叉的研究热点．虽然在Kirchhoff动力学比拟的基础上，用分析力学方法讨论弹性杆的文章已见诸文献，但尚未形成弹性杆分析力学的严格理论．本文研究了超细长弹性杆分析力学的若干基础性问题．对杆截面的自由度、虚位移、约束方程及约束力等基本概念给出严格的定义和表达式．建立弹性杆平衡的D’Alembert-Lagrange原理、Jourdain原理和Gauss原理；从D’Alembert-Lagrange原理导出Hamilton原理．从变分原理出发导出Lagrange方程、Nielsen方程、Appell方程和Hamilton正则方程；对于受约束的弹性杆，导出了带乘子的Lagrange方程．讨论了Lagrange方程的首次积分．对于杆中心线存在尖点的情形，导出了微段杆平衡的近似方程。     

薄壁杆约束扭转的单肢解析化分析方法

针对薄壁杆件约柬扭转的基本受力反应分析问题,采用与符拉索夫的经典约束扭转理论截然不同的立论途径,将自由扭转刚度视为调整因素,而将剥离了该抗力效应的薄壁杆件基本体系作为主要分析对象,推导出基于翘曲理论并考虑了自由扭转刚度影响的杆件刚度方程及结问荷载的等效措施.此外,提出了基于微段薄壁杆简化单刚的有效数值化分析方法.上述研究表明,对于钢构件等具有薄壁构型截面形式的杆件,这种单肢解析化分析方法无需进行复杂的截面特性如弯、翘曲惯矩或弯、形心坐标等的分析,力与变形的表达简洁、直接,本文的抗力性能分析和表述方式可为薄壁构件的稳定及畸变等研究提供新的思路切入点.     

非圆截面弹性细杆的螺旋线平衡及稳定性

本文研究端部受力和力矩作用，且存在初曲率和初扭率的非圆截面弹性细杆的螺旋线平衡及其稳定性。描述弹性细杆平衡状态的Kirchhoff方程存在与杆的螺旋线平衡状态相对应的特解。直杆和圆环杆为螺旋线状态的两种特例。文中分析了螺旋线的几何特性与作用力和力矩之间的相互关系，并导出螺旋线平衡的一次近似解析形式稳定性判据。分析表明，松弛状态下弹性杆可处于螺旋线状态，直杆只有在轴向压力的作用下才能保持螺旋线平衡。无初曲率和初扭率弹性杆的螺旋线平衡稳定性必要条件是杆截面绕副法线轴的抗弯刚度大于或等于绕法线轴的抗弯刚度。此条件也适用于带初扭率的圆环杆及更普遍情形。无初曲率和初扭率的圆截面杆的螺旋线平衡恒稳定。     

弹性地基上Euler-Bernoulli梁的热屈曲模态跃迁特性

采用解析方法研究了置于线性弹性地基上的Euler-Bernoulli梁在均匀升温载荷作用下的临界屈曲模态跃迁特性;分别在两端不可移简支和夹紧边界条件下,给出了弹性梁屈曲模态跃迁点的地基刚度值以及屈曲载荷值的精确表达式,并分析了模态跃迁特点.结果表明:随着地基刚度参数值的增大临界屈曲模态通过跃迁点从低阶次向高阶次跃迁;两端简支梁的模态跃迁具有突变特性,而两端夹紧梁的模态跃迁则是一个缓慢变化过程,它是通过端截面的弯矩或曲率的正负号改变实现的.     

对称变截面平面曲杆的单元刚度矩阵

本以一种新的思路和做法对变截面曲杆进行单元分析,直接把变截面曲杆作为单元,采用弹性中心法导出了单元刚度矩阵通用公式,确定了截面按余弦规律变化时,轴线分别为圆弧形、抛物线形、半椭圆形平面曲杆的单元刚度矩阵精确式,供结构设计参考使用。     

弹性支座分析方法及其应用

针对结构杆件之间真实的联系和约束, 在结构力学常用支座的基础上, 提出 弹性支座概念. 建立弹性支座两种基本体系, 解两种反馈基本力法方程, 导出杆端两个方向 的约束刚度递推计算公式. 提出弹性支座基本分析方法. 给出弹性支座分析方法的有限元形 式. 应用弹性支座分析方法, 导出一次弯距分配法, 将高层结构内力计算方 法------分层法、$D$值法提升到一个更高的水平. 该法对弹性结构内力分析计算 工程实践应用和教学有参考价值.     

求解阶梯连续梁的通用方程

考虑阶形变化截面及不等跨度的情况,建立了求解多跨连续梁变形的通用方程．根据挠曲微分方程并采用奇异函数求解,给出了分析此类连续梁位移的边界参数方程．该参数方程中含有若干待定的初参数和支反力．进一步导出计算变刚度不等跨连续梁位移的递推格式．最后考虑了位移协调条件及平衡条件而得到求解支反力的代数方程组．其计算的实例表明该方法适于编程运算．     

基于可靠性的桁架结构拓扑优化设计

建立了以杆截面为设计变量、结构重量极小化为目标、具有位移、应力等性态可靠性约束的桁架结构拓扑优化设计数学模型．通过引入可靠性安全系数，并利用结构力学的三个基本方程，将结构的位移和杆件应力可靠性约束等价显示化为设计变量的线性函数，使原基于可靠性的优化模型转化为常规的序列线性规划问题，利用修正的单纯形法求解．算例表明文中提出的方法既简单又有效．     

圆截面杆在曲线井中的屈曲问题

本文研究了线弹性的圆截面压杆在刚性井壁的曲线井中的屈曲问题。压杆两端为铰支，杆和井壁之间的摩擦力忽略不计，失稳前假设压杆位于曲线井的较低侧。分析了压杆屈曲时的几何变形条件，导出了压杆的曲率，变形能和各项外力势的表达式，用最小势能原理导出压杆失稳的微分方程和边界条件。引入梁单元，用有限单元法求得了压杆失稳时的临界压力和杆轴线状态。结果显示，临界压力随着压杆自重和曲线井半径的增加而增加。自重为零时，杆轴线为半个正弦曲线；自重不为零时，杆轴线为振荡的曲线，且振荡主要集中在压杆顶部。     

倒三角形截面板管连接式钢圆弧拱在平面内的稳定承载力研究

采用理论推导与数值模拟相结合的方法,对倒三角形截面板管连接式钢圆弧拱在平面内的弹性屈曲和弹塑性屈曲进行了深入研究。首先,理论推导了拱的截面剪切刚度,并提出了拱在全跨均布径向荷载作用下的弹性屈曲公式。此外,还提出了避免连接板和弦杆在拱发生整体弹性失稳之前发生局部失稳的限制条件。然后,分别研究了在全跨均布径向荷载和全跨均布竖向荷载作用下,拱的整体弹塑性失稳机理。结果表明,在全跨均布径向荷载下,拱在1/4跨和3/4跨附近的弦杆会发生屈服,最终发生拱的整体弹塑性失稳。基于数值结果,建立了拱在全跨均布径向荷载作用下的稳定曲线,并针对拱发生整体弹塑性屈曲提出了相应的稳定承载力设计公式。在全跨均布竖向荷载作用下,钢拱发生整体失稳时,在拱脚两端附近的下弦杆会进入屈服。同样地,本文也提出了拱在全跨均布竖向荷载作用下,发生整体弹塑性失稳时的稳定极限承载力设计公式。本文所建议的公式与有限元结果符合得较好,可供实际工程设计参考。