耐张型悬索支撑输电结构风振非线性有限元分析

耐张型悬索支撑输电结构是一类适用于山地地形的新型输电结构,其主要受风荷载控制。为此,该研究发展了该输电结构风振非线性有限元分析模型并开展了结构风振响应分析。考虑结构的几何非线性,通过单元应变能与位移的关系推导了支撑悬索和输电线的三维杆单元切线刚度矩阵;给出了支撑悬索和输电线的单元质量矩阵、阻尼矩阵以及由风荷载等效而得的单元节点荷载向量;基于非线性有限元理论,建立了耐张型悬索支撑输电结构风振非线性动力方程,并采用了结合Newton-Raphson迭代法的Newmark-β法求解非线性动力方程;通过所建立的动力学分析模型对两跨耐张型悬索支撑输电结构进行了风致非线性振动分析。算例分析结果表明:①提出的模型具有较好的计算精度和较高的计算效率;②悬索支撑导线部分的低阶固有频率比悬索支撑地线部分的低阶固有频率更低;③该输电结构的输电线位移响应受风荷载影响较大;④输电线侧向位移和支撑悬索张力受风速和风向角影响均较显著。

柔性连接填充墙RC框架结构非线性有限元分析

为了研究橡胶作为新型柔性连接材料对填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能的影响,在7榀1/2缩尺填充墙RC框架结构低周反复加载试验的基础上,采用DIANA有限元软件分析了填充墙与框架之间的连接方式、砌块材料、柔性连接材料以及砂浆强度对填充墙RC框架结构抗震性能的影响。结果表明:与刚性连接相比,以橡胶作为新型柔性连接材料,能减缓结构的强度和刚度退化,极大降低结构的破坏程度,显著提高结构的抗震性能;高弹性橡胶和高阻尼橡胶作为柔性连接材料均表现出优异的抗震性能,而聚苯板(EPS)作为柔性连接材料的抗震性能要比橡胶差;刚性连接方式下不同砌块材料对结构抗震性能影响很大,当使用强度较高的砌块材料时建议采用柔性连接方式以减弱墙-框相互作用;合理降低砂浆的强度等级,可以改变填充墙的破坏模式,对抗震有利。

车辆动载荷系数非线性有限元研究

为准确评估采用静力学分析车辆载荷时的动载荷系数,采用非线性有限元方法模拟车辆通过车辆甲板的动态过程,分析车辆载荷对水平车辆甲板和倾斜车辆甲板的影响,研究不同车速条件下水平车辆甲板及倾斜车辆甲板的应力情况,探讨较为合理的车辆通行动载荷系数和撞击系数。研究结果表明:车辆行驶速度为20、30、40 km/h时,水平车辆甲板的动载荷系数分别为1.13、1.54、2.05,水平车辆甲板与倾斜车辆甲板连接处的撞击系数分别为2.56、3.09、3.59。

基于非线性有限元分析的公路桥梁抗震性能优化设计

文章基于非线性有限元分析,对公路桥梁的抗震性能展开优化设计。首先对钢桁梁柔性拱桥建立非线性有限元模型,并对其抗震性能进行了位移响应分析。分析结果显示,在纵向和横向地震组合下,拱肋和主桁的位移均较大,但整体抗震性能良好,且受到横向地震组合的主要控制。

锂电池极片变形特性的非线性有限元分析

为了改善锂电池极片在烘干过程中出现变形的问题,以及利用热空气压力差使极片悬浮的变形问题,从锂电池极片的角度探索极片的变形规律,从根本上解决极片的干燥问题。采用非线性有限元方法研究极片的力学特性,着重了解极片在不同气压下的变形情况,并基于修正的拉格朗日描述系统推导出的三角形平面单元增量平衡方程分析几何非线性问题。在此基础上,分析了极片在类似简支梁状态下受到的外部压力及自身重力作用下的横向静变形情况。比较计算得出的变形数据与实验测得的具体数值,发现设计的计算方法得出的结果与实验数值接近,证明在极片静止变形中,使用力学特性方法研究极片的变形非常有效。研究结果可为设计锂电池的烘干设备提供科学合理的依据。

加腋大板结构非线性有限元分析

加腋大板结构在地下室工程中应用较广,但目前有关加腋大板结构的计算分析及其设计方法尚未统一。为深入了解加腋大板结构的受力特性,文中以一个3×3跨加腋大板地下室顶板结构为研究对象,通过有限元软件MidasFEANX,建立了加腋大板结构的三维实体及钢筋有限元模型,进行了非线性有限元分析。分析结果表明,加腋大板结构为典型的梁、板混合受力模式;加腋大板结构存在一定的拱效应,有利于对其裂缝的控制;加腋大板柱顶区域受力较为集中,设计应予以有效加强,梁端箍筋应力较大,设计时可按梁承担所有剪力考虑。采取有针对性的加强措施后,采用梁板有限元方法进行加腋大板结构的设计是经济合理且安全可靠的,有关计算及设计建议可为同类工程提供参考。

基于CFD−非线性有限元双向耦合的集装箱船波浪下结构崩溃数值仿真

[目的]充分考虑载荷非线性和物面非线性因素的影响,研究集装箱船在波浪下结构响应及动态结构崩溃模式。[方法]首先,基于CFD平台建立船舶水动力模型,采用重叠网格法实现船体水动力模型动边界网格与远场流体域的欧拉网格间的匹配,在流体全域内采用流体体积法模拟自由面非线性,在流场全域内求解三维N–S方程,实时求解非线性波浪载荷;然后,建立可模拟船舯崩溃行为的船舶非线性有限元模型,基于显式动力学非线性有限元法计算包含塑性和屈曲的时域崩溃响应;最后,实现水动力模型与结构有限元模型在湿表面上的流体压力和节点位移的传递,以此进行CFD求解器与非线性有限元求解器间的双向迭代耦合,并实时计算4600 TEU集装箱船结构崩溃过程中的非线性波浪载荷和结构崩溃响应。[结果]结果显示,在极端波浪下上部至中部结构广泛进入塑性状态,主甲板、舷侧板、甲板纵骨和舷侧纵骨等构件在波浪下出现明显的屈服及失稳,甲板纵骨和舷侧纵骨等骨材发生严重的侧向失稳,船体结构丧失了承载能力。[结论]所提方法可较准确求解结构响应及动态崩溃模式,可作为研究船舶结构崩溃响应的一种新方法。

体外预应力筋非线性有限元模型及其迭代算法

为了准确模拟体外预应力筋的非线性受力行为,采用理论推导和程序研制开展了体外预应力筋非线性有限元模型及其算法的研究。首先,基于体外预应力筋与转向块之间可自由滑动而导致体外预应力筋在全长范围内为常应变构件的受力特点,建立了非线性体外预应力单元研究方法。其次,以锚固块之间设置2个转向块的三段四节点平面体外筋为例,基于变分法得到应变微分与平面梁单元节点位移矩阵微分的表达式,再运用虚功原理推导出该类型体外预应力筋在结构坐标系下具体的非线性切线刚度矩阵。然后,结合常规的平面线弹性梁单元,提出了适用于结构分析的体外预应力梁非线性分析方法和计算程序。最后,对2个简支体外预应力梁算例进行了数值分析,其中算例1进行了本研究方法、Abaqus软件计算以及静载试验实测值的对比分析,算例2进行了线性与非线性的对比分析。结果表明:在算例1中,2种方法得到的计算值均与实测值吻合良好,相对而言,前一种方法建立有限元模型更简单,且更能准确体现体外预应力筋的受力特点;在算例2中,体外预应力梁的受力行为很容易表现出非线性特征,且非线性对体外筋轴力比对节点位移的影响较大,体外预应力结构受力分析时考虑非线性是很有必要的。

一种新型免充气车轮的非线性有限元分析

文中介绍了一种新型免充气车轮的结构与原理,并基于车轮与材料的非线性特性建立了车轮的非线性有限元模型。建模时充分考虑了车轮聚氨酯材料与橡胶材料的超弹性,聚氨酯材料采用Yeoh本构模型,橡胶材料采用Mooney-Rivlin本构模型。分析了下沉量对车轮接地位置1、位置2处的接地性态的影响,具体包括接地印迹、法向应力分布与最大法向应力值。接地位置1、位置2的力学差异是车轮稳态滚动中产生振动的原因,并通过稳态滚动仿真得到了验证。

空间XK型圆钢管相贯节点极限承载力非线性有限元分析

应用材料非线性和几何非线性有限元法对空间XK型节点圆管相贯节点进行了数值计算,分析了节点在荷载作用下应力的发展、变化过程及节点变形,并将分析结果与相关试验结果进行了比较,在此基础上得出一些有价值的结论。

基于非线性有限元的房屋建筑钢梁节点受力极限研究

为解决传统房屋建筑钢梁节点受力极限分析残差高的问题,基于非线性有限元分析房屋建筑钢梁节点受力极限。基于非线性有限元分析,模拟房屋建筑钢梁节点受力数值,通过建立房屋建筑钢梁节点受力应力-应变关系,运用非线性有限元分析房屋建筑钢梁节点受力规律,得出房屋建筑钢梁节点受力极限。设计实例分析,结果表明:设计方法分析残差明显低于对照组,能够解决传统房屋建筑钢梁节点受力极限分析残差高的问题。

超深基坑地下水疏干效果的非线性有限元模拟及试验研究

以北京市某超深基坑工程为例,基于Midas GTS NX软件对地下水疏干效果进行非线性有限元模拟,并针对实际案例开展了试验研究。研究结果表明:采用Midas GTS NX软件进行建模非线性有限元分析,可以对地下水疏干效果进行有效模拟;TRD工法施工的闭合环帷幕止水效果总体良好,针对相应于第二含水层深度段存在微小渗漏问题,可在后续帷幕施工中严格控制搅拌均匀度来加以解决,相关结论对类似工程项目具有一定的借鉴意义。

面向对象的三维壳体非线性有限元程序设计方法

面向对象的有限元程序设计可以大大提高程序的模块化和代码的重用性。本文将结合三维壳体单元模型的特点,介绍如何对其进行面向对象的程序设计。根据非线性有限元的求解步骤,把整个程序框架划分成一些基类,并派生出相应的子类。本文只对其中的几个类(包括它们的派生类)进行重点阐述,并说明它们之间是如何来传递消息,这包括单元类、材料类、非线性方程求解器类、总装类和分析类及它们的子类。

采用Midas软件的土石坝动力非线性有限元分析

作为水利工程中承担防洪、蓄水等重要功能的建筑物,大坝抗震安全非常重要。以乌斯通沟水库土石坝为例,基于动力平衡计算公式及等价线性黏弹性模型,采用Midas软件,建立三维有限元模型,对土石坝的施工和蓄水过程进行模拟,分析得到最大加速度反应、最大永久变形都位于坝顶,与实际情况相符,符合规律及规范要求,验证了大坝结构设计的合理性和工程的安全可靠性,可为土石坝的设计、施工及运行管理提供依据。

在役管道最小允许剩余壁厚的非线性有限元分析

本文以在役腐蚀缺陷管道的最小允许剩余壁厚为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件,建立有限元模型,进行非线性有限元分析,从而得到其具体数值。

橡胶空气弹簧充气过程的非线性有限元法研究

利用非线性有限元方法,对由多层复合材料组成的橡胶空气弹簧的充气过程进行模拟研究,得到了橡胶空气弹簧的体积、压力、温度等物理量在充气过程中的变化规律。并将数值模拟结果与试验结果进行对比,结果表明该数值模拟方法用于模拟橡胶空气弹簧充气过程可行有效。

复杂地基重力坝深层抗滑稳定非线性有限元分析

重力坝的深层抗滑稳定是保证大坝安全的一个重要条件。针对《混凝土重力坝设计规范》(DL5 10 8—1999)中关于复杂地基重力坝的稳定性需进行有限元分析的新规定,笔者结合某重力坝稳定问题实例,用非线性有限元方法进行了分析计算,并与刚体极限平衡法及结构可靠度分析方法的成果进行了对比。对有限元法的适用性。

油井水力压裂流-固耦合非线性有限元数值模拟

基于多孔介质流-固耦合的控制方程,推导了相应的非线性增量有限元列式,并采用以节点位移和孔隙压力为自由度的黏结单元来模拟水力损伤造成的预设裂缝的起裂和扩展,在此基础上建立了油井水力压裂的有限元模型。在该模型中考虑了压裂液的黏性系数和支撑剂的体积浓度随时间变化,所有参数均采用现场压裂的数据。通过数值模拟,得到了缝口压力、射孔孔眼摩阻、沿程摩阻、井筒内液柱静水压力和地面井口压力随压裂时间的变化规律,并给出了"压裂作业三条线",模拟得到的"压裂作业三条线"与现场压裂实测结果吻合良好。

储层流固耦合的数学模型和非线性有限元方程

根据饱和多孔介质固体骨架的平衡方程和多孔介质中流体的连续性方程,建立了储层流固耦合数学模型。模型中引入了Jaumann应力速率公式描述多孔介质固体骨架的大变形效应,并考虑了地应力、初始孔隙压力、初始流体密度和初始孔隙度对耦合模型的影响。基于与微分方程等价的加权余量公式,在空间域采用有限元离散,对时间域进行隐式差分格式离散,导出了以单元节点位移和单元节点孔隙压力为未知量的储层流固耦合的非线性有限元增量方程。该模型在石油工程中有广泛的应用,为储层流固耦合的数值模拟奠定了理论基础。

分裂导线舞动非线性有限元分析方法

采用具有三个平动自由度和一个扭转自由度的三节点等参单元离散覆冰导线,用欧拉梁单元离散间隔棒,考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,利用虚功原理建立覆冰分裂导线非线性有限元方程。用Newmark时间积分和Newton-Raphson非线性迭代法求解有限元方程。编制了相应的计算程序,通过算例验证了方法和程序的正确性。进一步利用由风洞实验获得的覆冰四分裂导线的空气动力系数,模拟研究具有不同档距的覆冰四分裂线路的舞动,为舞动防止技术的研究提供参考。所给出的方法适用于任意多分裂导线的舞动研究。